DE19820207A1 - Vorrichtung zum Überprüfen der Antenne eines in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Systems, insbesondere Wegfahrsperrensystem - Google Patents

Abstract

Die beschriebene Vorrichtung erfaßt abnormale Induktivitätsänderungen im Antennenkreis, die beispielsweise durch das Abnehmen einer Antenne einer Wegfahrsperre oder durch sonstige Manipulationen an der Antenne hervorgerufen werden. Die Induktivitätsänderung wird durch Messung der Phasenverschiebung, der Resonanzspannungsamplitude, des Resonanzstroms und/oder der Schwingkreisimpedanz ermittelt. Die Vorrichtung stellt einen Ausbauschutz für Kraftfahrzeug-Wegfahrsperren bereit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überprüfen einer in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Antenne, die einen Be­ standteil eines mit drahtloser Informationsübertragung arbei­ tenden Steuersystems, insbesondere Wegfahrsperrensystems dar­ stellt.

Mit drahtloser Informationsübertragung arbeitende Steuersy­ steme verfügen in der Regel über einen eine Antenne enthal­ tenden Antennenschaltkreis, über den Signale gesendet und/oder empfangen werden können. Bei einem Wegfahrsperrensystem kann die Antenne beispielsweise an dem Zündschloß ange­ ordnet sein und das Vorhandensein eines in das Zündschloß eingesteckten Zündschlüssels und/oder dessen Kennung überprü­ fen. Das Steuersystem kann aber auch andere Parameter überwa­ chen, beispielsweise die Stellung eines Schloßbolzens in ei­ nem Kraftfahrzeugschloß, wie es in der nicht vorveröffent­ lichten DE 198 03 187 offenbart ist.

In solchen Systemen können allerdings in manchen Fällen Pro­ bleme auftreten, wenn die Antenne des Antennenschaltkreises von ihrer Sollposition entfernt wird. In diesem Fall erhöht sich die Gefahr von Fehlfunktionen oder von gezielten Manipu­ lationsversuchen zur Überwindung des Steuersystems, zum Bei­ spiel der Wegfahrsperre. Diese Entfernung der Antenne von ih­ rer Sollposition kann aufgrund von zufälligen Einflüssen auf­ treten, aber auch durch eine gezielte, in Manipulationsab­ sicht erfolgende Abnahme der Antenne verursacht sein.

Mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine Überprüfung der Antenne ermöglicht und damit einen erhöhten Schutz gegen Fehlfunktio­ nen und/oder Manipulationsversuche bietet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Treibersignal an den Antennenschaltkreis angelegt und das als Reaktion auf dieses Treibersignal vom Antennenschaltkreis erzeugte Signal im Hinblick auf anomales Zeit- und/oder Amplitudenverhalten ausgewertet. Das vom Antennenschaltkreis als Reaktion auf das Treibersignal erzeugte Signal weist normalerweise, das heißt bei korrekter Positionierung der Antenne, einen in einem de­ finierten Bereich liegenden Zeit- und/oder Amplitudenverlauf auf, der aufgrund des Vorhandenseins oder Fehlens des zu überwachenden Objekts, zum Beispiel des Zündschlüssels, defi­ niert variieren kann. Wenn sich jedoch die mit dem Antennen­ schaltkreis verbundene Sende/Empfangsantenne unabsichtlich oder aufgrund manipulierenden Eingriffs von ihrer Sollpositi­ on wegbewegt haben sollte, unterliegt der Antennenschaltkreis und die Antenne deutlich anderen Umgebungseinflüssen, so daß auch das als Reaktion auf das Treibersignal erhaltene Aus­ gangssignal der Antenne stark verfälscht wird. Diese Abwei­ chung gegenüber dem im korrekten Fall zu erwartenden Signal­ bereich läßt sich durch die Auswerteschaltung zuverlässig de­ tektieren. Die Auswerteschaltung erhält vorzugsweise nicht nur das Ausgangssignal des Antennenschaltkreises, sondern auch das an den Antennenschaltkreis angelegte Treibersignal und kann in Abhängigkeit hiervon Schranken für die im Normal­ fall zu erwartenden Phasenlagen- und/oder Amplitudenbereiche des zu erwartenden Antwortsignals hervorgeben. Wenn das Ant­ wortsignal außerhalb dieser Bereiche liegen sollte, kann hieraus auf eine Störung der Position oder der Funktionsfä­ higkeit der Antenne geschlossen werden und eine entsprechende Fehlermeldung generiert werden.

Vorzugsweise wird bei der Erfindung das an den Antennen­ schaltkreis einschließlich der Antenne angelegte Treibersignal mit dem an der Antenne auftretenden Signal verglichen, um hieraus Störungen wie etwa Positionsverlagerungen oder ge­ zielte Manipulationsversuche oder dergleichen zu ermitteln.

Das erfindungsgemäß ausgestattete Kraftfahrzeug-Steuersystem kann damit zuverlässig erkennen, ob die zugehörige Sen­ de/Empfangsantenne planmäßig positioniert, beispielsweise richtig auf das Zündschloß aufgesteckt ist oder aber bei­ spielsweise gezielt entfernt worden ist.

Vorzugsweise wird das Treibersignal in Form eines Rechtecksi­ gnals generiert, das sich in einfacher Weise durch zyklische Ein- und Ausschaltung eines an einer bestimmten Spannung lie­ genden Schaltelements, zum Beispiel eines Halbleiterschalte­ lements, erzeugen läßt. Dieses rechteckförmige Treibersignal wird durch die regelmäßig als Resonanzschwingkreis ausgebil­ dete Antenne in ein entsprechendes, normalerweise sinusförmi­ ges Sendesignal umgesetzt. Die Induktivität und/oder Indukti­ vitätsänderung des Resonanzschwingkreises lassen sich in un­ terschiedlicher Weise ermitteln, beispielsweise durch die Messung der Phasenverschiebung zwischen dem Treibersignal und dem Resonanzfrequenzsignal, durch Messung der Amplitude der Resonanzfrequenzspannung, durch Messung des im Schwingkreis oder von Teilen hiervon fließenden Stroms und/oder durch Mes­ sung der Impedanz des Schwingkreises oder Teilen hiervon.

Wenn beispielsweise die Phasenverschiebung zwischen dem An­ tennentreibersignal und der resultierenden Antennenresonanz­ spannung überwacht wird, läßt sich ein Abnehmen der Antenne des Steuersystems, beispielsweise der Wegfahrsperre, von der vorgegebenen Position, beispielsweise dem Zündschloß, auf­ grund der dann resultierenden, starken Induktivitätsänderung erfassen. Die Induktivitätsmessung kann im einfachsten Fall lediglich dann ausgeführt werden, wenn tatsächlich betriebs­ bedingt eine Aktivierung des Antennenschaltkreises zur Aussendung eines entsprechenden Signals beabsichtigt ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Induk­ tivitätsmessung aber auch zyklisch in festem Rhythmus, selbst bei ausgeschalteter Zündung, ausgeführt werden. Hierdurch lassen sich dann auch evtl. Manipulationen an der Antenne des Steuersystems erfassen, da die hierdurch hervorgerufenen In­ duktivitätsänderungen normalerweise einen im unmanipulierten Fall nicht auftretenden Verlauf zeigen. Eine unkorrekte Posi­ tionierung der Antenne und/oder Manipulationen an der Antenne lassen sich somit automatisch erkennen. Damit wird zugleich auch ein Ausbauschutz für Kraftfahrzeug-Steuersysteme, insbe­ sondere Wegfahrsperren-Steuersysteme, erzielt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt insbesondere bei einem Kraftfahrzeug-Wegfahrsperren-Steuersystem zum Einsatz, da hier die Sicherheitsanforderungen besonders hoch sind. Die Erfindung ist aber auch bei allen anderen Kraftfahrzeug- Steuersystemen mit Antennenschaltkreis und Antenne zur Über­ prüfung der Antennen-/Antennenschaltkreisfunktion anwendbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, und

Fig. 2 Signalverläufe, die bei dem in Fig. 1 gezeigten Aus­ führungsbeispiel auftreten.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung enthält eine Steuereinrichtung 1, die durch einen Mikroprozessor gebildet ist und die Antennensteuerung und Signalauswertung bewirkt. Die Steuereinrichtung 1 ist über eine Taktleitung 5 an einen Antennentreiber 2 ange­ schlossen und gibt an den Antennentreiber 2 ein zyklisches Taktsignal während eines gewünschten normalen Sendebetriebs und auch während Überprüfungsintervallen, während derer der Antennenschaltkreis einschließlich der Antenne überprüft wer­ den soll, ab. Der Antennentreiber 2 erzeugt aus dem auf der Leitung 5 zugeführten Taktsignal ein Rechtecksignal mit einer Antennentreiberfrequenz f₀. Das zwischen den Anschlüssen 7 und 8 des Antennentreibers 2 abgegebene Treibersignal kann ein bipolares Signal mit symmetrischen Rechteckhalbwellen un­ terschiedlicher Polarität sein, kann jedoch auch als unipola­ res Signal mit einem Tastverhältnis von 50% ausgelegt sein, wie es zum Beispiel in Fig. 2a dargestellt ist.

Fig. 2a zeigt den am Ausgang 8 des Antennentreibers 2 auf­ tretenden Potentialverlauf. Das Treibersignal wird über einen Serien-Antennenvorwiderstand RA und Leitungen 9 und 10 an ei­ ne Antennenspule LA angelegt, die an einem Zündschloß 4 (Eisenkern für die Antenne) angeordnet, beispielsweise auf das Zündschloß aufgesteckt ist. Der Antennenschwingkreis ent­ hält die Antennenspule LA und eine seriell hierzu geschaltete Kapazität C_A, so daß ein Antennen-Serienschwingkreis vor­ liegt. Die Kapazität C_A ist mit ihrem anderen Anschluß mit dem Ausgang 8 des Antennentreibers 3 verbunden. Mit der die Antennenspule L_A und die Kapazität C_A verbindenden Leitung 10 ist ein Widerstandsspannungsteiler mit Widerständen R₁ und R₂ verbunden, so daß auf einer mit dem Abgriff zwischen den Wi­ derständen R₁ und R₂ verbundenen Leitung 11 die Antennen­ spannung in proportional geteilter Form auftritt. Die Wider­ stände R₁ und R₂ können gleich großen Widerstandswert aufwei­ sen, so daß auf der Leitung 11 die halbe Antennenspannung auftritt. Die Widerstände R₁ und R₂ können aber auch unter­ schiedliche Werte besitzen, die so ausgewählt sind, daß der auf der Leitung 11 auftretende Amplitudenpegel auf einen ge­ wünschten, von den nachfolgenden Verarbeitungsschaltungen problemlos verarbeitbaren Wert herabgeteilt ist.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Pha­ senvergleicher 3 vorhanden, dessen beide Eingänge mit dem Ausgang 8 des Antennentreibers (Treiberschaltung) 2 und mit der Leitung 11 verbunden sind. Der Phasenvergleicher 3 kann vorzugsweise durch eine elektronische Meßschaltung gebildet sein, die beispielsweise in einem Basisstations-IC enthalten ist. An den beiden Eingängen des Phasenvergleichers 3 liegen damit die in Fig. 2a und b gezeigten Eingangssignale an, nämlich das am Anschluß 8 auftretende, symmetrische rechteck­ förmige Treibersignal und das auf der Leitung 11 auftretende, herabgeteilte Antennenspannungssignal. Der Phasenvergleicher 3 ist über eine Taktleitung 12 mit der Steuereinrichtung 1 verbunden und erhält von dieser Taktsignale, auf die hin er die Phasenverschiebung mißt, die zwischen den jeweils nach­ folgenden Nulldurchgängen der an seinen beiden Eingängen an­ liegenden Signale (Treibersignal und Resonanzspannungssignal) mißt. In Fig. 2 ist die Phasenverschiebung zwischen dem Null­ durchgang des Treibersignals und dem Nulldurchgang der Anten­ nenresonanzspannung mit f_ANT bezeichnet. Allgemein ist die Phasenverschiebung f_ANT = -90° - arc tan (2Qd). Hierbei ist d = (f-f₀)/f₀, während mit Q die Antennengüte, mit f die An­ tennenresonanzfrequenz (f = 1/(2pÖL_A × C_A)) und mit f₀ die An­ tennentreiberfrequenz bezeichnet sind.

Die Phasenverschiebung f_ANT hängt somit von der Antennengüte Q ab, die wiederum durch die im Bereich der Antennenspule LA vorhandenen Komponenten beeinflußt wird und während des nor­ malen Betriebs in einem bestimmten Erwartungsbereich liegt.

Ein eingesteckter Zündschlüssel läßt sich zum Beispiel auf­ grund der resultierenden Güteveränderung erfassen. Wenn je­ doch die Antennenspule beispielsweise vom Zündschloß 4 abge­ zogen werden sollte und/oder Manipulationsversuche an der An­ tenne durchgeführt werden sollten, ergeben sich in der Regel sehr starke Güteänderungen, die zu entsprechend starken Pha­ senverschiebungen f_ANT führen.

Das Zündschloß 4 wirkt nämlich für die um es herum gewickelte Antennenspule L_A als Eisenkern und beeinflußt die Induktivi­ tät stark. Wenn die Antennenspule L_A vom Zündschloß 4 unab­ sichtlich oder aufgrund Manipulationsversuches entfernt wer­ den sollte, ergibt sich eine starke Änderung der Induktivität und damit der Antennengüte Q mit einer entsprechend starken Phasenverschiebung f_ANT.

Diese starken Phasenverschiebungen f_ANT signalisieren der Steuereinrichtung 1 somit, daß (unabsichtlich oder gezielt herbeigeführte) Störungen im Antennenschaltkreis einschließ­ lich der Antenne vorhanden sind, die als Fehlfunktionen ein­ zustufen sind. Die Steuereinrichtung 1 erhält von dem Phasen­ vergleicher 3 über die Leitung 6 die Informationen über die aktuell gemessene Phasenverschiebung f_T und wertet diese hinsichtlich ihrer Größe und/oder ihres zeitlichen Verlaufs zur Störungserfassung aus. Im einfachsten Fall sind in der Steuereinrichtung 1 ein unterer und/oder oberer Grenzwert für den zulässigen Phasenverschiebungsbereich f_ANT vorgegeben, die in Abhängigkeit von den bei normalem Betrieb minimal und/oder maximal auftretenden Phasenverschiebungen festgelegt sind. Wenn die Steuereinrichtung 1 eine außerhalb dieses zulässigen Bereichs liegende Phasenverschiebung f_ANT erfaßt, wertet sie dies als Störung aus und generiert ein entsprechendes Fehler­ meldungssignal, das akustisch oder optisch angezeigt und/oder für Servicezwecke gespeichert wird.

Es ist auch möglich, die Induktivitätsmessung, die bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Phasenver­ schiebungsmessung realisiert ist, in einem fest oder variabel vorgegebenen Zeitraster von beispielsweise 10 Sekunden auch während des Fahrzeugstillstands auszuführen und hierdurch den zeitlichen Verlauf der gemessenen Induktivität (Phasenverschiebungsverlauf) zu überwachen. Normalerweise sollte der Induktivitätsverlauf allenfalls kleine Sprünge aufweisen, die durch das Einführen oder Abziehen eines Zünd­ schlüssels in das/aus dem Zündschloß hervorgerufen werden. Wenn aber festgestellt wird, daß der Induktivitätsverlauf z. B. länger dauernde langsamere Schwankungen zeigt, kann hier­ aus auf Manipulationsversuche geschlossen werden und in die­ sem Fall beispielsweise ein Alarm generiert werden. In diesem Fall kann auch die Überwachungsfrequenz, mit der die Indukti­ vitätsmessung ausgeführt wird, erhöht werden, um die Indukti­ vitätsschwankungen noch besser analysieren zu können und hieraus noch klarer eventuelle Manipulationsversuche erkennen zu können. Bei Erkennung einer Manipulation kann das Wegfahr­ sperren-Steuergerät auch so ausgelegt sein, daß es erst durch den Service wieder neu initialisiert werden muß, bevor wieder ein normaler Kraftfahrzeugbetrieb zugelassen wird.

Anstelle der vorstehend erläuterten Messung der Phasenver­ schiebung zwischen dem rechteckförmigen Treibersignal und dem sinusförmigen Antennenresonanzsignal kann die Messung der In­ duktivität bzw. der Induktivitätsänderungen auch durch Er­ mittlung der Amplitude der an der Antenne auftretenden Reso­ nanzspannung bewerkstelligt werden. In diesem Fall ist an­ stelle des Phasenvergleichers 3 ein Gleichrichter an die Lei­ tung 11 angeschlossen, dem ein Analog/Digital-Wandler nachge­ schaltet ist. Auf der Leitung 6 wird das Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers an die Steuereinrichtung 1 als Ampli­ tudeninformation abgegeben. Die Steuereinrichtung 1 wertet in diesem Fall die über die Leitung 6 zugeführte Amplitudenin­ formation zur Messung der Amplitude der Resonanzspannung, und damit zur Ermittlung der Induktivität des Antennenschaltkrei­ ses, aus.

Die Resonanzspannungsamplitude ergibt sich hierbei in folgen­ der Weise: Die an dem Antenenschwingkreis wirksame Treiber­ spannung U_TW ist gleich U_TW = U_T × 4/p, wobei "U_T" die am Aus­ gang des Antennentreibers 2 abgegebene Spannungsamplitude des symmetrischen Rechtecksignals bezeichnet.

Der durch den Widerstand R_A fließende Strom i_A ergibt sich wie folgt:

i_A = U_TW/Z_A,

wobei ôZ_Aô = ÖR_A ² + W₀ (L_A - 1/wC_A) ist.

Für w₀ gilt: w₀ = 2pf₀.

Die zum Beispiel an der Kapazität C_A auftretende Resonanzspan­ nung besitzt die Größe:

Zur Erfassung von U_CA kann beispielsweise ein Differenzverstär­ ker vorgesehen sein, der mit den beiden Anschlüssen der Kapazi­ tät C_A verbunden ist oder auch anstelle des Phasenvergleichers vorgesehen ist und seine beiden Eingangssignale gemäß Fig. 1 erhält. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird in diesem Fall an den Gleichrichter und den Analog/Digital-Wandler angelegt, die bereits vorstehend beschrieben sind.

Da die Spannung U_T, und damit die wirksame Treiberspannung U_TW, in der Regel aber definiert festgelegt und bekannt sind, ist es auch möglich, zur Induktivitätsmessung lediglich die auf der Leitung 11, oder gegebenenfalls auch unter Weglassung der Wi­ derstände R₁ und R₂, die auf der Leitung 10 auftretende Span­ nung zu ermitteln, das heißt über den Gleichrichter und den Analog/Digital-Wandler an die Steuereinrichtung 1 anzulegen.

Aus den vorstehenden Gleichungen ist ersichtlich, daß der kom­ plexe Widerstand des Antennenschaltkreises von der Induktivität L_A abhängt, so daß aus der Amplitude der Resonanzspannung auf den jeweiligen Induktivitätswert rückgeschlossen werden kann.

Anstelle, oder zusätzlich zu, der Phasenverschiebung und/oder der Resonanzspannungsamplitudenmessung ist es auch möglich, den Antennenstrom zur Induktivitätsmessung auszuwerten.

In diesem Fall können die Widerstände R₁ und R₂ entfallen, und es kann direkt an die Leitung 9 oder 10 ein Stromwandler ange­ schlossen werden. Es ist auch möglich, die am Widerstand R_A ab­ fallende Spannung mittels eines Spannungsdetektors zu messen und hieraus den proportional hierzu verlaufenden Schwingkreiss­ trom i_A zu ermitteln. Das Ausgangssignal des Stromwandlers oder des die Spannung am Widerstand R_A erfassenden Spannungsdetek­ tors wird auch in diesem Fall an einen Gleichrichter zur Gleichrichtung angelegt, dem ein Analog/Digital-Wandler nachge­ schaltet ist. Das Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers wird an die Steuereinrichtung 1 zur Signalauswertung angelegt, wie dies auch bei der vorstehend beschriebenen Alternative der Resonanzspannung der Fall ist.

Anstelle der direkten Messung des Schwingkreisstroms ist es auch möglich, einen hiermit direkt zusammenhängenden Strom oder Teilstrom zu messen, der zum Beispiel in dem Antennentreiber 2 fließt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, zur In­ duktivitätsvermittlung die Impedanz des Schwingkreises oder ei­ nes Teils hiervon zu messen. Dies kann beispielsweise durch Kombination der vorstehend beschriebenen Strom- und Amplituden­ messung realisiert werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Überprüfen der Antenne (2, L_A, C_A, R_A) ei­ nes in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Steuersystems, insbe­ sondere eines Wegfahrsperren-Steuersystems, mit einer Trei­ berschaltung (1, 2) zum Anlegen eines Treibersignal an die Antenne (2, L_A, C_A, R_A), und einer Auswerteschaltung (1, 3) zum Erfassen der Induktivität oder eine Induktivitätsänderung der Antenne (L_A), die einen von der Antenne abgegriffenen Signalparameter erfaßt und auf abnormale Induktivitätswerte oder Induktivitätsänderungen überprüft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (1, 2) ein Rechtecksignal erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antenne als Resonanzschaltkreis, vorzugsweise als Serienresonanzschaltkreis mit Induktivität (L_A) und Kapa­ zität (C_A) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (1, 3) die Phasenverschiebung (f_ANT) zwischen dem Treibersignal (U_T) und der Antennenresonanzspannung ermittelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (1, 3) einen Phasenvergleicher (3) ent­ hält, der die Phasendifferenz zwischen dem Treibersignal und der Antennenresonanzspannung ermittelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Antenne ein Spannungsteiler (R₁, R₂) verbunden ist, dessen Abgriff an einen Eingang des Phasenvergleichers (3) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Gleich­ richter, einen diesem nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler, der die Antennenresonanzspannung oder den Antennen­ resonanzstrom, oder einen Teil hiervon, in einen digitalen Wert umwandelt, und eine mit dem Ausgang des Analog/Digital-Wandlers verbundene Auswertestufe, insbesondere in Form eines Mikroprozessors (1), enthält.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Antennenschaltkreis ein Wider­ stand (R_A) enthalten ist, und daß die Auswerteschaltung (1) die an diesem Widerstand abfallende Spannung zur Antennenre­ sonanzstrommessung ermittelt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch ein Zündschloß (4), um das eine Antennen­ spule (L_A) der Antenne gewickelt ist.