DE4301039A1 - Elektronisches System zur Verwaltung gemeinschaftlich genutzter Kraftfahrzeuge - Google Patents
Elektronisches System zur Verwaltung gemeinschaftlich genutzter KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches System, das eine kostengünstige,
effektive Verwaltung gemeinschaftlich genutzter Kraftfahrzeuge ermöglichen soll.
In vielen Städten wurden in den letzten Jahren sogenannte Carsharing-Organisa
tionen gegründet, die ihren Mitgliedern einen über das Stadtgebiet verteilten Fahr
zeugpark zur stundenweisen Nutzung zur Verfügung stellen. Der Nutzer muß dabei
nur für die tatsächlich gefahrenen Kilometer und die Nutzungszeit bezahlen.
Carsharing ist für Wenigfahrer daher eine günstige Alternative zum eigenen PKW.
Vor der Fahrt muß der Nutzer eine Reservierung des gewünschten Fahrzeugs bei
einer Zentrale anmelden. Den Fahrzeugschlüssel erhält er mit Hilfe eines General
schlüssels aus einem Tresor am Fahrzeugstandort. Nach der Fahrt werden die Daten
vom Nutzer in ein Fahrtenbuch eingetragen, dessen Auswertung die Abrechnung
ermöglicht.
Probleme, die bei der Organisation auftreten sind:
- - keine Kontrolle der tatsächlichen Fahrzeugnutzung, da jeder Nutzer uneinge schränkten Zugang zu den Fahrzeugen hat
- - fehlerträchtige und manipulationsgefährdete Datenerfassung
- - hoher Verwaltungsaufwand für Nutzer und Betreiber
Stand der Technik sind elektronische Fahrtenschreiber, Taxameter und Fuhrpark-
Management-Systeme, die jedoch für diese Anwendung nicht geeignet sind, da
diese:
- - keine Zugangskontrolle zu den Fahrzeugen ermöglichen
- - keine individuelle Nutzeridentifikation ermöglichen
- - keine Datenverbindung zur Zentrale besitzen
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effektive, kostengünstige und
manipulationssichere Verwaltung gemeinschaftlich genutzter Kraftfahrzeuge
(Carsharing) zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch ein fahrzeuggebundenes
System mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Ein Blockschaltbild des Gesamtsystems,
Fig. 2 Ein Blockschaltbild der Übertragungseinrichtung,
Fig. 3 Ein Blockschaltbild des Aufbaus der Infrarot-Chipkarten-
Schnittstelle.
In Fig. 1 wird die erfindungsgemäße Anordnung durch ein vereinfachtes Block
schaltbild erläutert.
Die vier wesentlichen Grundgedanken sind:
- 1. Die drahtlose Sprach- und Datenkommunikation zwischen Zentrale und Fahr zeug über ein modifiziertes schnurloses Telefon,
- 2. Die Nutzeridentifikation über multifunktionale Mikroprozessor-Chipkarten,
- 3. Die Zugangskontrolle über eine Infrarot-Chipkarten-Schnittstelle (Wegfall des Standorttresors),
- 4. Die Steuerung des Gesamtsystems über einen einzigen Mikroprozessor.
Der Nutzer klärt die Reservierung wie bisher telefonisch mit der Zentrale (1). Ein
Rechner (2) mit einem Reservationsprogramm übernimmt die Koordinierung der
Reservierungen und übermittelt anschließend die Nutzerdaten mit Hilfe eines
gängigen Modems (3) über das Telefonnetz (5) bis zur Feststation (7) eines schnur
losen Telefons in der Nähe des Standorts (6). Über die Funkstrecke des schnurlosen
Telefons gelangen die Daten zum Mobilteil (12) im reservierten Fahrzeug (8) und
werden dort gespeichert. Das Modem (13) und die Anwahlschaltung (14) werden
zusätzlich in das Mobilteil (12) eingebaut. Das schnurlose Telefon ist für diese
Anwendung sehr gut geeignet, da es eine kostengünstige, individuelle Kommu
nikation mit jedem Fahrzeug ermöglicht. Die Einschränkung, daß das Fahrzeug nur
im Umkreis von ca. 300 m um die Feststation erreichbar ist, ist unbedeutend, da das
Fahrzeug nur an seinem Standort erreichbar sein muß.
Zum Öffnen des Fahrzeugs muß der Nutzer (21) seine persönliche Chipkarte (23) in
das Infrarot-Handgerät (22) einführen. Über die Infrarotstrecke können Chipkarte
(23) und Prozessor (20) im Fahrzeug miteinander kommunizieren. Nach Prüfling der
Rücksetzantwort der Chipkarte (nachfolgend gemäß dem engl. Sprachgebrauch
abkürzend als ATR (Answer to Reset) bezeichnet), sendet der Prozessor (20) den
Befehl zum Öffnen der Zugangskontroll-Applikation zur Chipkarte. Die persönliche
Identifikationsnummer (nachfolgend gemäß dem engl. Sprachgebrauch abkurzend
als PIN (Personal Identification Number) bezeichnet) ist für diese Applikation bei
allen Karten dieselbe und kann somit direkt vom Prozessor (20) zur Karte (23) über
tragen werden. Das Infrarot-Handgerät (22) kommt daher ohne Tastatur aus. Die
Zugangsberechtigung wird mittels eines auf der Chipkarte implementierten krypto
graphischen Algorithmus (z. B. Data Encryption Standard) überprüft. Hierzu sendet
das Fahrzeugsystem eine Zufallszahl per Infrarotübertragung zur Chipkarte. Die
Karte führt die entsprechende Verschlüsselung durch und sendet die Antwort
zurück. Nur bei richtiger Antwort wird die Zentralverriegelung (10) des Fahrzeugs
geöffnet. Ein Abhören der Übertragung kann nicht zum illegalen Öffnen des Fahr
zeugs verwendet werden, da jedem Öffnungsvorgang eine andere Zufallszahl
zugrunde liegt. Zusätzlich kann auch die auf der Karte gespeicherte Nutzeridentität
abgefragt werden, um nur den Personen, die nicht in einer Sperrliste im Fahrzeug
gespeichert sind, den Zugang zu ermöglichen.
Die eigentliche Nutzeridentifikation erfolgt erst im Fahrzeuginnern. Hier muß der
Nutzer seine Chipkarte (23) in den Kartenleser (15) einführen und die richtige PIN
auf der Tastatur (19) eingeben. PIN und Applikation sind hierbei verschieden zur
Zugangskontrolle. Ein unberechtigtes Abhören der IR-Übertragung ermöglicht daher
nicht das Ausspähen der für die Nutzeridentifikation erforderlichen PIN. Die auf der
Karte gespeicherte Nutzerkennung besteht aus der Nutzernummer und einem daraus
mit einem geheimen Schlüssel berechneten Nachrichtenauthentikationscode
(nachfolgend gemäß dem engl. Sprachgebrauch abkürzend als MAC (Message
Authentikation Code) bezeichnet, der das Fälschen der Nutzernummer verhindern
soll. Nur wenn PIN und MAC korrekt sind und eine Reservierung des aktuellen
Nutzers für den momentanen Zeitraum vorliegt, wird die Zündung (11) freigegeben
und der Fahrzeugschlüssel aus seiner mechanischen Verriegelung (9) gelöst.
Während der Fahrt werden die gefahrenen Kilometer über einen Tachosensor (16)
erfaßt und in einem batteriegepufferten Speicher (18) abgelegt. Über entsprechende
Sensoren können auch weitere Daten erfaßt werden.
Die Fahrt wird vom Nutzer durch Betätigung einer Taste beendet. Das Fahrzeug
system prüft, ob sich das Fahrzeug an seinem Standort befindet, indem es die
Empfangskennung des schnurlosen Telefons abfragt. Anschließend erfolgt mittels
der Anwahlschaltung (14) eine automatische Anwahl der Zentrale (1) mit nachfol
gender Übertragung von Nutzernummer und gesammelten Daten. Über eine
Umschaltung des Mobilteils (12) des schnurlosen Telefons auf Sprachübertragung
können evtl. aufgetretene Schäden direkt aus dem Fahrzeug einem Telefon (4) in der
Zentrale mitgeteilt werden. Ein Abrechnungsprogramm in der Zentrale erstellt
anhand der übertragenen Daten automatisch eine Rechnung.
Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild die Veränderungen am Mobilteil (12) des
schnurlosen Telefons, die eine Datenübertragung ermöglichen. Ein Teil der erfor
derlichen Bausteine (Decoder (37) und Analogschalter (38)) werden zwecks Ein
sparung von Kabeln in die Akku-Box des schnurlosen Telefons eingebaut. Als
Modem (32) können alle handelsüblichen Telefon-Modem-Bausteine verwendet
werden. Der Modulatorausgang (33) wird über einen Umschaltkontakt eines Relais
(28) direkt an den NF-Verstärker (29) des schnurlosen Telefons angeschlossen, der
das Signal zum HF-Teil (30) weiterleitet. Das Relais (28) ermöglicht das prozes
sorgesteuerte Umschalten zwischen Mikrofon (31) (Sprachübertragung) und
Modulatorausgang (33) (Datenübertragung). Der Demodulatoreingang (34) ist direkt
an den NF-Empfangsverstärker (35), parallel zum Lautsprecher (36), geschaltet. Die
Datenübertragung erfolgt über die serielle Schnittstelle (25) des Mikroprozessors
(24).
Die Anwahlschaltung (14) besteht aus einem 4-zu-16-Decoder (37) und 16 Analog
schaltern (38), die parallel zum Tastaturfeld (39) des Telefons geschaltet sind. Über
4 Datenleitungen können so 16 Tasten des Telefons vom Prozessor (24) gesteuert
werden. Zusätzlich werden dem Prozessor (24) das Anrufsignal (27) und die
Empfangsbereichskennung (26) zugeführt. Hierdurch wird die automatische
Beantwortung ankommender Rufe und die Standorterkennung ermöglicht.
Das Datenübertragungsprotokoll muß eine fehlerfreie Übertragung gewährleisten.
Weder die zeitweise stark verrauschte Übertragungsstrecke noch der Ausfall der
Verbindung während des Kenncodes des schnurlosen Telefons (alle 15 s für ca.
200 ms) dürfen Fehler verursachen. Hierfür sind alle gängigen Block-Protokolle mit
CRC-Überwachung und Blockfolgesteuerung geeignet.
Fig. 3 zeigt den Aufbau der Infrarot-Chipkarten-Schnittstelle (17) und des IR-Hand
gerätes (22). Sie dienen dazu, dem Nutzer einen Zugang zum Fahrzeug mit Hilfe
einer kontaktbehafteten Chipkarte (23) zu ermöglichen, ohne Veränderungen am
Äußeren des Fahrzeugs (Einbau einer Kontaktiereinheit) vornehmen zu müssen.
Nach Einschieben der Chipkarte (23) in die Kontaktiereinheit (41) des Handgeräts
(40) und durch Betätigung des Tasters (47) wird die Spannungsversorgung (42) und
der Taktgenerator (48) eingeschaltet. Die Datenleitung (45) der Chipkarte wird auf
logisch "1" gelegt und die Karte wird mit dem Systemtakt (44) versorgt. Da die
Empfangsdiode (55) im Handgerät kein Signal empfangt, wird über die Trägerer
kennung (52) des Frequenzumtast-Demodulators (54) (nachfolgend gemäß dem
engl. Sprachgebrauch abkürzend als FSK-Demodulator bezeichnet) der Sendetreiber
(50) durchgeschaltet und das vom FSK-Modulator (49) mit der Frequenz 411
modulierte Signal über die Sendediode (53) ausgesendet. Das System im Fahrzeug
(56) befindet sich zu dieser Zeit in einem stromsparenden Betriebszustand. Nur der
FSK-Demodulator (64) ist eingeschaltet. Dieser schaltet aufgrund des an der
Empfangsdiode (65) ankommenden Signals mit der Trägerkennung (61) über eine
Einschaltlogik (60) den Prozessor (57) ein. Der Sendetreiber (58) im Fahrzeug wird
gesperrt. Nach einer durch eine Verzögerungsschaltung (46) bestimmten Zeitver
zögerung wird im Handgerät ein Rücksetzen (43) der Chipkarte ausgelöst. Die Karte
antwortet mit dem ATR (Answer to Reset), dessen Bitfolge mit den Frequenzen fH1
und fH0 frequenzmoduliert über die Infrarot-Strecke zum Fahrzeug übertragen wird.
Ist die vollständige Meldung im Fahrzeug angekommen, schaltet der Prozessor (57)
den Sendetreiber (58) im Fahrzeug ein und ein Signal mit der Frequenz fF1 wird
über die Sendediode (62) ausgesendet. Der FSK-Demodulator (54) im Handgerät
erkennt den Träger und deaktiviert den Sendetreiber (50) im Handgerät. Gleichzeitig
wird der FSK-Demodulator (54) über den Empfangstreiber (51) auf die Daten
leitung (I/O) (45) der Chipkarte geschaltet. Nun kann der Prozessor (57) einen mit
den Frequenzen fF1 und fF0 modulierten Befehl über die serielle Schnittstelle (63)
zur Chipkarte senden. Nach dem Aussenden wird der Sendetreiber (58) im Fahrzeug
wieder ausgeschaltet und die Übertragungsrichtung kehrt sich somit wieder um. Der
FSK-Modulator (49) im Handgerät sendet in einem hohen Frequenzbereich mit den
Frequenzen fH1 und fH0, der FSK-Modulator (59) im Fahrzeug sendet in einem
tieferen Frequenzbereich mit den Frequenzen fF1 und fF0. Eine Störung der
Umschaltung der Übertragungsrichtung durch Reflexionen an Fahrzeugteilen
(Scheiben, Spiegel, Lack) wird so vermieden.
Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Systems lassen sich somit wie folgt
kurz zusammenfassen:
- - Wegfall des bisher benötigten Standorttresors durch ein kryptographisch geschütztes Infrarot-Zugangskontrollverfahren mit kontaktbehafteten, multi funktionalen Mikroprozessor-Chipkarten,
- - Überwachung der Fahrzeugnutzung durch individuelle Nutzeridentifikation, Reservierungskontrolle und Fahrdatenerfassung,
- - kostengünstige bidirektionale Daten- und Sprachverbindung zur Übertragung von Reservierungsdaten und Fahrdaten zwischen Zentrale und Fahrzeug am Standort.
Claims (1)
- Ein fahrzeuggebundenes System zur Reservierung, Zugangskontrolle, Nutzer identifikation und Fahrdatenerfassung gemeinschaftlich genutzter Kraftfahrzeuge, wie z. B. beim Carsharing, dadurch gekennzeichnet
- - daß eine von einem Mikroprozessor gesteuerte bidirektionale Daten- und Sprachübertragung zur Übermittlung von Reservierungsdaten und Fahrdaten zwischen Fahrzeug und Zentrale mittels eines schnurlosen Telefons stattfindet, wobei das im Fahrzeug installierte Mobilteil (12) des schnurlosen Telefons durch einen Modembaustein (13) und eine prozessorgesteuerte Anwahlschaltung (14) und ein Umschaltrelais (28) ergänzt wird, während auf Seite der Zentrale ein handelsübliches Modem (3) eingesetzt wird und
- - daß eine kryptographisch geschützte Zugangskontrolle über eine bidirektionale Infrarot-Kommunikation zwischen einer in ein Infrarot-Handgerät (22) einge führten kontaktbehafteten multifunktionalen Mikroprozessor-Chipkarte (23) und einer Infrarot-Schnittstelle (17) im Fahrzeugsystem stattfindet, die bei richtiger Authentikation der Chipkarte die Zentralverriegelung (10) des Fahrzeugs öffnet, wobei das Einschalten des Fahrzeugsystems und die Umschaltung der Über tragungsrichtung im Handgerät durch die Trägerkennung (61 bzw. 52) zweier FSK-Demodulatoren (64 bzw. 54) realisiert wird und die Chipkarte über eine gesonderte Applikation zur Authentikation der Karte durch Verschlüsselung der vom Fahrzeugsystem gesendeten Zufallszahlen verfügt und
- - daß im Fahrzeuginnern eine Nutzeridentifikation über eine andere Applikation derselben multifunktionalen Mikroprozessor-Chipkarte abgewickelt wird, die im Gegensatz zur Zugangskontroll-Applikation durch eine individuelle PIN abge sichert ist und die - bei Übereinstimmung der Nutzerdaten und der aktuellen Zeit mit den empfangenen Buchungsdaten - den Fahrzeugschlüssel aus einer mecha nischen Verriegelung (10) löst und die Zündung (11) freigibt, wobei die Echtheit der auf der Karte gespeicherten Nutzernummer über einen zusätzlich auf der Karte gespeicherten Nachrichtenauthentikationscode (MAC) geprüft wird.
Priority Applications (1)
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DE19934301039 DE4301039C2 (de) | 1993-01-16 | 1993-01-16 | Elektronisches System zur Verwaltung gemeinschaftlich genutzter Kraftfahrzeuge |
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DE19934301039 DE4301039C2 (de) | 1993-01-16 | 1993-01-16 | Elektronisches System zur Verwaltung gemeinschaftlich genutzter Kraftfahrzeuge |
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DE4301039A1 true DE4301039A1 (de) | 1994-07-21 |
DE4301039C2 DE4301039C2 (de) | 1995-06-14 |
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ID=6478325
Family Applications (1)
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DE19934301039 Expired - Fee Related DE4301039C2 (de) | 1993-01-16 | 1993-01-16 | Elektronisches System zur Verwaltung gemeinschaftlich genutzter Kraftfahrzeuge |
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