DE19544722C1 - Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug. Sie betrifft insbesondere ein Schließsystem für Türen eines Kraftfahrzeugs und eine Wegfahrsperre, durch die bei Berechtigung ein Starten des Motors möglich ist.

Ein bekanntes Diebstahlschutzsystem (US 4,918,955) weist ein Zündschloß mit einer Sendeantenne in Form einer Spule auf. Durch einen Oszillator wird die Spule erregt. Der Zündschlüs­ sel weist einen Schwingkreis auf, der mit der Spule induktiv zusammenwirkt. Sobald der Zündschlüssel in das Zündschloß eingeführt ist, wird eine codierte Information von dem Zünd­ schlüssel auf das Schloß übertragen. Wenn die codierte Infor­ mation mit einer Sollcodeinformation übereinstimmt, wird eine Wegfahrsperre im Kraftfahrzeug freigegeben, so daß das Kraft­ fahrzeug gestartet werden kann.

Bei solchen Systemen kann es jedoch passieren, daß trotz ein­ gesteckten und gut funktionierenden Zündschlüssel keine Codeinformation von einem Empfangskreis erkannt wird. Dies ist dadurch bedingt, daß sich infolge von Bauelementetoleran­ zen oder Temperatureinfluß ein Arbeitspunkt des Systems so weit verschiebt, daß in diesem Arbeitspunkt eine zu kleine Amplitude der codierten Information erfaßt wird.

Bei einem weiteren bekannten Diebstahlschutzsystem (DE 44 30 360 C1) wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Erreger­ frequenz oder die Resonanzfrequenz des Empfangskreises geän­ dert werden.

Bei einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung (EP 0 710 756 A1) wird vorgeschlagen, die modulierte Schwingung im Emp­ fangskreis dann phasenverschoben nochmals abzutasten, falls beim ersten Abtastvorgang keine auswertbarer Wert der modu­ lierten Schwingung erfaßt wurde. Die modulierte Schwingung kann auch zweimal innerhalb einer Periodendauer abgetastet werden. Wenn dann aus dem ersten Abtastwert keine auswertba­ ren Werte erhalten werden, so wird auf die nächsten Ab­ tastwerte zurückgegriffen.

Des weiteren ist ein anderes Diebstahlschutzsystem (EP 0 301 127 B1) bekannt, bei dem ebenfalls die modulierte Schwingung abgetastet wird. Bei diesem Diebstahlschutzsystem wird jedoch die Frequenz der modulierten Schwingung erfaßt, da die von dem tragbaren Codegeber abgestrahlte Codeinformation fre­ quenzmoduliert ist.

Das Problem der Erfindung ist es, ein Diebstahlschutzsystem zu schaffen, durch das trotz Bauelementetoleranzen und Tempe­ ratureinflüssen ein sicheres Betätigen von Türen oder ein Starten des Kraftfahrzeugs möglich ist.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Pa­ tentanspruch 1 gelöst. Dabei weist ein stationärer Sender in einem Schloß einen Schwingkreis auf, der mit einem Schwing­ kreis eines tragbaren Transponders in einem Schlüssel gekop­ pelt ist. Im Sender wird eine Schwingung erzwungen, deren Energie zu dem Transponder übertragen wird, der seinerseits codierte Daten auf den Sender zurücküberträgt. Die Codeinfor­ mation des Transponders moduliert dabei die Schwingung des Senderschwingkreises in ihrer Amplitude. Ein Demodulator ge­ winnt die Codeinformation aus der modulierte Schwingung, ver­ gleicht sie mit einer Sollcodeinformation und bei Überein­ stimmung wird ein Freigabesignal erzeugt.

Damit eine möglichst große auswertbare Amplitude der modu­ lierten Schwingung erfaßt wird, wird die modulierte Schwin­ gung innerhalb einer Schwingungsperiode zweimal abgetastet. Die Abtastzeitpunkte sind dabei um einen vorbestimmten Pha­ senwinkel zueinander verschoben, so daß sowohl eine positive als auch eine negative Amplitude erfaßt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemä­ ßen Diebstahlschutzsystems,

Fig. 2 eine modulierte Schwingung in einem Empfänger des Diebstahlschutzsystems,

Fig. 3 zwei Schwingungsperioden einer modulierten Schwin­ gung,

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Erfassen der modulierten Schwingung und

Fig. 5 ein detailliertes Blockschaltbild des Diebstahl­ schutzsystems.

Ein erfindungsgemäßes Diebstahlschutzsystem weist einen sta­ tionären Transceiver 1 (Fig. 1) in einem Schloß auf, der mit einem tragbaren Transponder 2 über eine transformatorische Kopplung zusammenwirkt, wenn sich der Transponder 2 in der Nähe des Transceivers 1 befindet. Der Transceiver 1 überträgt Energiesignale zu dem Transponder 2 (aus diesem Grunde wird der Transceiver 1 im folgenden als Sender bezeichnet). In dem Transponder 2 gespeicherte Codeinformationen werden zu dem Sender zurückübertragen (Energieübertragung und Datenrück­ übertragung sind durch einen gestrichelt gezeichneten Doppel­ pfeil dargestellt).

Zur Energie- und Datenübertragung weist der Sender eine Sen­ derspule 11 auf, die beispielsweise um das Zündschloß oder um das Türschloß gewickelt ist. Die Senderspule 11 bildet zusam­ men mit einem Senderkondensator 12 einen Senderschwingkreis. Der Senderschwingkreis 11, 12 wird von einem Generator oder einem Oszillator 13 mit einer Wechselspannung oder einem Wechselstrom im Takte seiner Oszillatorfrequenz gespeist und zu einer Schwingung angeregt. Das von der Senderspule 11 er­ regte Feld induziert in einer Transponderspule 21 eine Span­ nung, falls diese mit der Senderspule 11 induktiv gekoppelt ist. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn sich der Transponder 2 auf einem Schlüssel befindet und der Schlüssel in das Schloß eingeführt ist.

Die Transponderspule 21 bildet zusammen mit einem Transpon­ derkondensator einen Transponderschwingkreis. Der Transponder 2 weist einen Lastschalter auf, der im Takte einer vorbe­ stimmten und im Transponder 2 gespeicherten Codeinformation zwischen zwei verschiedenen Lastwiderständen hin- und herge­ schaltet wird. Dadurch wird der Transponderschwingkreis ver­ stimmt. Es handelt sich hierbei um eine Belastungs- oder Amplitudenmodulation.

Falls die beiden Spulen 11, 21 induktiv miteinander gekoppelt sind, wird dementsprechend der Senderschwingkreis 11, 12 durch den Transponderschwingkreis 21, 25 im Rhythmus der Codeinformation belastet. Folglich wird die Codeinformation auf den Sender zurückübertragen. Dort wird sie durch eine Auswerteeinheit 3 erfaßt und ausgewertet.

Hierzu weist die Auswerteeinheit 3 ein Abtasthalteglied 31 auf, das die Spannung zwischen der Senderspule 11 und dem Senderkondensator 12 abgreift und einem Demodulator, beste­ hend aus Frequenzfiltern 32 und Signalformern 33, zuleitet. Wenn die Codeinformation aus der abgegriffenen Spannung (der modulierten Schwingung) demoduliert ist, wird sie an eine nicht dargestellte Vergleichseinheit weitergegeben, wo sie mit einer Sollcodeinformation verglichen wird.

Der Senderschwingkreis 11, 12 schwingt mit der Erregerfre­ quenz, die durch den Oszillator 13 vorgegeben wird. Wenn der Schlüssel mit dem Transponder 2 in das Schloß eingeführt wird, so befinden sich die Senderspule 11 und die Transpon­ derspule 21 in unmittelbarer Nähe zueinander. Dadurch wird die Schwingung des Senderschwingkreises 11, 12 mit der Codeinformation beeinflußt (Fig. 2).

Bei der Amplitudenmodulation ändert sich nicht die Frequenz der Schwingung, sondern nur die Amplitude infolge der Bela­ stung durch zwei Lastwiderstände 23, 24. Im ersten Schwin­ gungsabschnitt A belastet der erste Lastwiderstand 23 den Senderschwingkreis 11, 12 und im darauf folgenden Abschnitt B belastet der andere Lastwiderstand 24 den Senderschwingkreis 11, 12.

Ein Schwingungsabschnitt A oder B besteht dabei aus mehreren Perioden mit jeweils identischen, hintereinanderfolgenden Schwingungszügen mit jeweils gleicher Periodendauer T und gleicher Amplitude. Nach jeweils einem Abschnitt A oder B än­ dert sich die Amplitude und abhängig von den verwendeten Bau­ elementen auch die Phase der Schwingung. Stellvertretend für die gesamte Schwingung werden daher im folgenden eine Schwin­ gung A während einer Periodendauer im Abschnitt A und eine Schwingung B während einer Periodendauer im Abschnitt B be­ trachtet.

In der Hüllkurve (in der Fig. 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt) der modulierten Schwingung ist die Codeinforma­ tion des Transponders 2 enthalten. Die Auswerteeinheit 3 fil­ tert jetzt diese Codeinformation aus der modulierten Schwin­ gung heraus, d. h. die Amplituden der modulierten Schwingung werden gemessen und ausgewertet.

Diese Codeinformation wird mit Hilfe des Abtasthalteglieds 31, den Frequenzfiltern 32 und den Signalformern 33 digitali­ siert und in der Vergleichseinheit mit einer gespeicherten Sollcodeinformation verglichen. Wenn die beiden Codeinforma­ tionen übereinstimmen, wird ein Freigabesignal an ein Sicher­ heitsaggregat geschickt, wodurch das Aggregat aktiviert wird. Dabei kann das Aggregat ein Türschloß sein, das ver- oder entriegelt wird, oder ein Wegfahrsperrensteuergerät, durch das ein Starten des Motors ermöglicht wird.

In der Fig. 3 ist die modulierte Schwingung in den Abschnit­ ten A und B während jeweils einer Periodendauer T darge­ stellt. Die beiden Schwingungen A und B treten in Wirklich­ keit nicht gleichzeitig auf, sondern befinden sich in zeit­ lich aufeinanderfolgenden Abschnitten, wie in Fig. 2 darge­ stellt. Zur besseren Veranschaulichung sind die Schwingungen A und B in der Fig. 3 übereinander dargestellt, wobei sich die beiden Schwingungen A und B in ihren Amplituden Û unter­ scheiden und um den Phasenwinkel ϕ zueinander phasenverscho­ ben sind.

Die jeweilige Amplitude der Schwingungen A und B entspricht entweder einer logischen "0" oder einer logischen "1" des di­ gitalen Codeinformationssignals. Mit Δ ist der Unterschied in den Amplituden Û bezeichnet.

Um die Amplituden Û der modulierten Schwingung und damit die Codeinformation zu erhalten, wird die Schwingung zu äquidi­ stanten Zeitpunkten t₁ und t₂ oder t₃ und t₄ abgetastet (vgl. auch Fig. 2). Die modulierte Schwingung wird dabei erfin­ dungsgemäß mindestens zweimal innerhalb einer Periodendauer T abgetastet.

Die beiden Abtastzeitpunkte t₁ und t₂ sind dabei so festge­ legt, daß einmal eine positive und einmal eine negative Amplitude ±Û erfaßt wird. Vorteilhafterweise entspricht der Abstand zwischen den beiden Abtastzeitpunkten t₁ und t₂ genau einer halben Periodendauer, d. h. einem Phasenwinkel ρ₁ von 180°= π/2. Die größte Genauigkeit wird erreicht, wenn der er­ ste Abtastzeitpunkt t₁ (oder auch als Arbeitspunkt bezeich­ net) so gelegt wird, daß die Schwingungen A und B möglichst bei ihrem Maximum abgetastet werden, wie in Fig. 3 darge­ stellt ist. Dort liegt der Abtastzeitpunkt t1 bei π/2 in Be­ zug auf den Referenzpunkt 0 und die Schwingung A. Der Ab­ tastzeitpunkt t₂ liegt dann genau um den Phasenwinkel (ϕ₁ = π verschoben bei dem negativen Maximum der Schwingung A.

Der Abtastzeitpunkt t₁ wird durch entsprechende Dimensionie­ rung aller beteiligten Bauelemente des Senderschwingkreises 11, 12 und des Transponderschwingkreises 21, 25 festgelegt und unterliegt daher gewissen Schwankungen, die durch Bauele­ mentetoleranzen oder Temperaturänderungen verursacht werden.

Wird die modulierte Schwingung immer zu zwei konstanten Zeit­ punkten t₁ und t₂ innerhalb jeweils einer Periodendauer T ab­ getastet, beispielsweise bei t₁ = 90°= π/2 und t₂ = 270°= 3π/2, so erhält man von der Schwingung A die maximale Ampli­ tude. Da die Schwingung B um den Phasenwinkel ϕ phasenver­ schoben ist, erhält man zum Zeitpunkt t₁ zwar nicht die maxi­ male Amplitude, aber dennoch eine gut verwertbare Amplitude, die sich von derjenigen der Schwingung A dann deutlich unter­ scheidet (vorausgesetzt es handelt sich dabei um unterschied­ liche logische Pegel in der Schwingung A und der Schwingung B). Die Differenzen Δ₁ und Δ₂ der beiden Amplituden in den Abtastzeitpunkten t₁ bzw. t₂ stehen zum Auswerten der Codein­ formation zur Verfügung.

Infolge von Bauelementetoleranzen und Temperatureinflüssen kann es nun passieren, daß sich einerseits die Abtastzeit­ punkte t₁ und t₂ verschieben oder andererseits sich der Pha­ senwinkel ϕ zwischen den beiden Schwingungen A und B vergrö­ ßert oder verkleinert. Wenn beispielsweise zu den Zeitpunkten t₃ und t₄ abgetastet würde, so sind in diesen Zeitpunkten t₃ und t₄ die beiden Amplituden gleich (Δ₁ = Δ₂ =0), und dies über die gesamte Länge der Codeinformation. Die Auswerteein­ heit 3 erfaßt dann keine Codeinformation, obwohl die modu­ lierte Schwingung eine Codeinformation enthält.

In diesem Fall können dann, wenn alle Bits der Codeinformati­ on ausgewertet sind und keine Codeinformation erhalten wurde, die Abtastzeitpunkte t₂ und t₄ um einen fest vorgegebenen Phasenwinkel ϕ₂ verschoben werden, wobei der Phasenwinkel ϕ₂ beispielsweise 90° betragen kann. Aus der Fig. 3 ist er­ sichtlich, daß bei einem erneuten Abtasten der modulierten Schwingung bereits ein Verschiebung der Abtastzeitpunkte um einen kleine Phasenwinkel ϕ₂ genügt, damit wieder sicher eine auswertbare Amplitude der modulierten Schwingung erfaßt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Diebstahlschutzsystem wird die mo­ dulierte Schwingung innerhalb einer Periodendauer T zweimal abgetastet, und zwar derart, daß eine positive und eine nega­ tive Amplitude ±Û der modulierten Schwingung erfaßt wird. Die beiden Amplituden und die Amplitudenunterschiede Δ₁ und Δ₂ werden dann betragsmäßig addiert, so daß sich ein doppelt so großes Nutzsignal der modulierten Schwingung ergibt. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Diebstahlschutzsystems um den Faktor 2 verbessert.

In der Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild dargestellt, das eine Schaltungsanordnung zum Addieren, insbesondere zum Verdoppeln des Nutzsignals zeigt. Durch einen Sinusgenerator wird eine sinusförmige Schwingung mit einer Amplitude ±Û erzeugt. Zu einem Zeitpunkt t₁ wird ein Schalter S₁ kurzzeitig geschlos­ sen. Wenn der Zeitpunkt t₁ innerhalb der positiven Halbwelle des Sinussignals liegt, so lädt sich ein Kondensator C₁ auf die Spannung +Û₁ auf.

Innerhalb der zweiten Halbwelle, d. h. wenn die Amplitude des Sinussignals negativ ist, wird zu einem Zeitpunkt t₂ ein Schalter S₂ kurzzeitig geschlossen. Somit steht an dem Kon­ densator C₂ einerseits die Spannung +Û₁ (da der Kondensator C₁ auf +Û₁ aufgeladen ist) und andererseits die Spannung -Û₁ (da die negative Halbwelle der Schwingung an dem Kondensator C₂ anliegt) an. Somit ergibt sich an dem Kondensator C₂ die Spannungsdifferenz [+Û₁ - (-Û₁)] = 2Û₁, d. h. ein doppelt so großes Nutzsignal.

Dieses Prinzip wird bei dem erfindungsgemäßen Diebstahl­ schutzsystem ausgenutzt, um die Amplituden der modulierten Schwingung in der Auswerteeinheit 3 zu vergrößern. Mit zwei Abtastzeitpunkten t₁ und t₂ innerhalb einer Periodendauer T kann das Nutzsignal um den Faktor 1 bis 2 vergrößert werden. Nur bei dem Phasenwinkel ϕ₁ = 180° wird das Nutzsignal ver­ doppelt.

In der Fig. 5 ist ein detailliertes Blockschaltbild der Aus­ werteeinheit 3 dargestellt. Der Senderschwingkreis 11, 12 schwingt beispielsweise mit einer Frequenz von 125 kHz. Die Amplituden Û der Spannung liegen dabei in einer Größenordnung von etwa 70 V oder größer. Infolge der Amplitudenmodulation oder auch Phasenmodulation ändert sich diese Schwingung. Ein Spannungsteiler 34 teilt diese Spannung auf eine Amplitude von etwa 1 V herunter. Das so erhaltene Signal (proportional zu der modulierten Schwingung) wird durch die Schalter S₁ und S₂ zweimal in jeder Periodendauer T abgetastet, und zwar zu den Zeitpunkten t₁ und t₂. Dadurch wird das Nutzsignal wie vorher beschrieben verdoppelt. Damit die Schalter S₁ und S₂ immer im aktiven Bereich ihrer Kennlinie arbeiten, wird über eine Offset-Spannungsquelle 35 eine Offset-Spannung zu der modulierten Schwingung hinzugefügt. Die Offset-Spannung legt den Arbeitspunkt für den Schalter S₁ und den ersten Ab­ tastzeitpunkt t₁ fest.

Das abgetastete Signal wird den Frequenzfiltern 32, wie z. B. einem Tiefpaß und einem anschließenden Hochpaß, sowie einem Begrenzungsverstärker 36 zugeführt. Da die Amplituden des Nutzsignals sehr gering sind, müssen sie in diesem Begrenzer­ verstärker auf ein weiterverarbeitbares Maß verstärkt werden. Damit das abgetastete Nutzsignal in ein Rechtecksignal umge­ wandelt werden kann, wird in zwei Spitzenwertbildnern 37 der obere und der untere Spitzenwert des Nutzsignals gebildet.

Ein Schwellwert, der in etwa in der Mitte zwischen den beiden Spitzenwerte liegt, wird einem Komparator 38 zugeführt. Das abgetastete Nutzsignal wird ebenfalls dem Komparator 38 zuge­ führt. Am Ausgang des Komparators 38 steht somit ein sauberes Rechtecksignal zur Verfügung. Da die Spitzenwerte bereits beim Hochlaufen der Schaltung erzeugt werden, ist eine lange Einschwingzeit für den Spitzenwertbildner 37 eingespart.

Der optimale Abtastzeitpunkt t₁, d. h. die möglichst größte erfaßbare Amplitude, hängt von dem Senderschwingkreis 11, 12 und seiner Abstimmung ab. Der optimale Zeitpunkt t₁ kann in mehreren Vorversuchen gemessen werden und in einem Register gespeichert werden. Der Zeitpunkt der maximalen Amplitude kann auch immer wieder neu gemessen und als Abtastzeitpunkt t₁ festgelegt werden. Somit kann der Arbeitspunkt, d. h. der Zeitpunkt t₁, an die sich verändernde Temperaturbedingungen angepaßt werden.

Die modulierte Schwingung kann in jeder Schwingungsdauer T zweimal abgetastet werden oder auch nur in jeder n-ten (mit n = 2, 3, 4, . . . ) Schwingung zweimal, d. h. in jeder zweiten, dritten, vierten, usw. Schwingung. Die modulierte Schwingung kann auch mehr als zweimal innerhalb einer Schwingungsdauer T abgetastet werden. Dadurch wird ein noch größeres Nutzsignal erzielt.

Claims (4)

1. Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug mit

• - einem tragbaren Transponder (2), der eine Codeinformation trägt,
• - einem stationären Transceiver (1), der einen Schwingkreis (11, 12) aufweist, der durch einen Oszillator (13) zum Schwingen angeregt wird und dessen Schwingung durch den Transponder (2) im Takte der Codeinformation moduliert wird, und
• - einem Demodulator (31), dem die modulierte Schwingung des Schwingkreises zugeführt wird,
• - wobei die Codeinformation aus der modulierten Schwingung durch Abtasten erhalten, in einer Recheneinheit (37) mit einer Sollcodeinformation verglichen wird und bei Überein­ stimmung ein Freigabesignal an ein Sicherheitsaggregat (38) gesendet wird, und
• - wobei die modulierte Schwingung innerhalb einer Schwin­ gungsperiode (T) zumindest zu zwei vorbestimmten Abtast­ zeitpunkten (t₁ und t₂) abgetastet wird, die um einen vor­ bestimmten Phasenwinkel (ϕ) zueinander phasenverschoben sind, wobei der Phasenwinkel (ϕ₁) derart gewählt ist, daß sowohl eine positive als auch eine negative Amplitude der modulierten Schwingung erfaßt werden, danach die erfaßten Amplituden betragsmäßig addiert sowie dann ausgewertet wer­ den.

2. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Phasenwinkel (ϕ₁) 180° beträgt.

3. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die modulierte Schwingung um einen vorbestimm­ ten Phasenwinkel (ϕ₂) verschoben nochmals zweifach abgetastet wird, wenn zunächst keine Codeinformation durch den Demodula­ tor (31) erkannt wird.

4. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwingung des Schwingkreises abhängig von der Codeinformation infolge der induktiven Kopplung in ihrer Amplitude moduliert wird.