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DE10013913A1 - Verfahren und System zur Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls von einem Einrichtungsmodul - Google Patents

Verfahren und System zur Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls von einem Einrichtungsmodul

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DE10013913A1
DE10013913A1 DE2000113913 DE10013913A DE10013913A1 DE 10013913 A1 DE10013913 A1 DE 10013913A1 DE 2000113913 DE2000113913 DE 2000113913 DE 10013913 A DE10013913 A DE 10013913A DE 10013913 A1 DE10013913 A1 DE 10013913A1
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hand
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DE2000113913
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Christian Klimm
Friedrich Lamprecht
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Delphi Technologies Inc
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls (6) von einem in einer Einrichtung (1), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, integrierten Einrichtungsmodul (4). Um ein solches Verfahren zur Verfügung zu stellen, ist vorgesehen, daß das Einrichtungsmodul (4) ein Signal an das Handmodul (6) sendet, daß das Handmodul (6) ein Signal generiert, das zumindest einen Anteil aufweist, der zu zumindest einem Anteil des empfangenen Signals synchron ist, und daß das Handmodul (6) das generierte Signal zeitsynchron zu dem empfangenen Signal aussendet. In dem Einrichtungsmodul wird die Laufzeitdifferenz zwischen dem in dem Einrichtungsmodul (4) generierten Signal und dem von dem Handmodul (6) empfangenen Signal ermittelt und daraus die Entfernung des Handmoduls (6) von dem Einrichtungsmodul (4) bestimmt. Das erfindungsgemäße System stellt für Handmodul (6) und Einrichtungsmodul (4) die hierzu erforderlichen Sende- (SA-H, SA-F), Empfangs- (EA-H, EA-F) und Auswertmittel (MC-F) zur Verfügung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls von einem in einer Einrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, integrierten Einrichtungsmodul.
Systeme mit in einer Einrichtung integrierten Einrichtungsmodulen und von einem Benutzer mitgeführten Handmodulen sowie die Kommunikation zwischen solchen Einrichtungsmodulen und Handmodulen sind aus der Praxis bekannt. Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich werden solche Systeme für den schlüssellosen Zugang zu Kraftfahrzeugen eingesetzt. Der Zugang kann dabei in einem direkten Zugang zu dem Kraftfahrzeug, d. h. in dem Entriegeln von Türen, oder in dem Zugang zu anderen Fahrzeugfunktionen wie Zünd- oder Motorfunktionen bestehen. Bei einem solchen schlüssellosen Zugang zu Kraftfahrzeugen und sonstigen Einrichtungen müssen sich in der Regel von berechtigen Nutzern mitgeführte Handmodule gegenüber einem entsprechenden Modul in der Einrichtung über einen Code identifizieren, damit der Zugang freigegeben wird.
Für die hierzu erforderliche Datenübertragung weisen die Handmodule und die Einrichtungsmodule Sende- und Empfangsmittel auf, über die Funksignale mit einer bestimmten Frequenz gesendet und empfangen werden können. Alternativ zu der Nutzung einer bestimmten Frequenz für die Datenübertragung werden auch Spreizspektrums- (Spread-Spectrum) Übertragungen eingesetzt, um eine geringe Störanfälligkeit zu gewährleisten. Das wird erreicht, indem die zu übertragenden Daten auf eine große Anzahl von Trägerfrequenzen verteilt werden, so daß bei Störung einer der genutzten Frequenzen dennoch ein guter Empfang verbleibt. Die Übertragung der Daten kann beispielsweise bei ca. 2,4 GHz erfolgen und sich dabei über 20 MHz erstrecken. Das Spreizen des Signals erfolgt dabei normalerweise entweder durch das zyklische Springen zwischen mehreren Frequenzbändern (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) oder mit dem Direktsequenz- Zufallssystem (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Für das DSSS-Verfahren kann eine Trägerfrequenz mit einem digitalen Signal multipliziert werden, welches aus den zu übertragenden Daten besteht, denen ein Pseudo-Rausch-Code aufmoduliert wurde. Durch dieses DSSS-Verfahren wird aus dem Trägersignal ein sehr breitbandiges Signal mit der spektralen Equivalenz eines Rausch-Signals gewonnen.
Bei Zugangssystemen, die den Zugang zu einer Einrichtung sichern, kann es von Bedeutung sein, vor der Freigabe von Funktionen wie der Entriegelung einer Tür oder dem Starten eines Motors die Entfernung eines berechtigten Handmoduls und damit der zum Zugang berechtigten Person zu kennen. Befindet sich nämlich beispielsweise die berechtigte Person in einem größeren Abstand von der Einrichtung, so können Funktionen unbeabsichtigt freigegeben werden, ohne daß sich die berechtigte Person dessen bewußt wird, wodurch nun unberechtigte Personen freien Zugang zu der Einrichtung haben. Andererseits kann auch zwischen verschiedenen freizugebenden Funktionen unterschieden werden, wenn etwa bekannt ist, ob sich die Person mit dem berechtigten Handmodul außerhalb der Einrichtung oder bereits innerhalb der Einrichtung befindet. Mit der Kenntnis der jeweiligen Entfernung können somit Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit eines schlüssellosen Zugangssystem erhöht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls von einem Einrichtungsmodul einer Einrichtung zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird zum einen gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls von einem Einrichtungsmodul einer Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das die folgenden Schritte aufweist:
  • a) Generieren eines ersten Signals in dem Einrichtungsmodul,
  • b) Aussenden des ersten Signals durch das Einrichtungsmodul,
  • c) Empfangen des ersten Signals durch das Handmodul,
  • d) Generieren eines zweiten Signals in dem Handmodul, das einen zumindest zu einem Anteil des empfangenen ersten Signal synchronen und von dem Gesamtsignal isolierbaren Anteil aufweist,
  • e) Aussenden des zweiten Signals durch das Handmodul,
  • f) Empfangen des zweiten Signals durch das Einrichtungsmodul, und
  • g) Auswerten der Laufzeitdifferenz zwischen dem von dem Einrichtungsmodul erzeugten ersten Signal bzw. einem Anteil des ersten Signals und dem zu dem ersten Signal bzw. dem Anteil des ersten Signals synchronen Anteil des empfangenen zweiten Signals zur Bestimmung der Entfernung des Handmoduls von dem Einrichtungsmodul.
Zum anderen wird die Aufgabe gelöst durch ein System zur Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls von einem in einer Einrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, integrierten Einrichtungsmodul, das in dem Einrichtungsmodul einen ersten Generator zum Generieren eines ersten Signals, Sendemittel zum Senden des ersten Signals, Empfangsmittel zum Empfangen eines zweiten Signals, sowie Auswertmittel mit Zugang zu Ausgängen des ersten Generators und der Empfangsmittel umfaßt und das in dem Handmodul Empfangsmittel zum Empfangen des ersten Signals, einen zweiten Generator zum Generieren eines zweiten Signals mit einem zumindest zu einem Anteil des empfangenen Signals synchronen Anteil sowie Sendemittel zum Senden des generierten zweiten Signals aufweist, wobei die Auswertmittel des Einrichtungsmoduls geeignet sind, die Laufzeitdifferenz zwischen dem ersten Signal bzw. einem Anteil des ersten Signals und dem zu dem ersten Signal bzw. zu einem Anteil des ersten Signals synchronen Anteil des empfangenen zweiten Signals und daraus die Entfernung des Handmoduls von dem Einrichtungsmodul zu bestimmen.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß ein von einem Einrichtungsmodul an ein Handmodul gesendetes Signal eine zu der Entfernung proportionale Laufzeit benötigt. Das gleiche gilt für ein von dem Handmodul zu dem Einrichtungsmodul gesandtes Signal. Wird nun von dem Handmodul auf ein von dem Einrichtungsmodul empfangenes Signal hin ein anderes Signal zurück zum Einrichtungsmodul gesendet, das zumindest einen Anteil aufweist, der zumindest zu einem Anteil des empfangenen Signals synchron ist, so kann in dem Einrichtungsmodul aus einem Vergleich zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal bzw. zwischen den zueinander synchronen Anteilen der Signale die Verschiebung der Signale zueinander und damit die gesamte Laufzeit bestimmt werden. Aufgrund der Proportionalität der Laufzeit zu der Entfernung des Handmoduls von dem Einrichtungsmodul bietet die Laufzeit dann eine unmittelbar nutzbare Information zur Bestimmung der Entfernung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System wird somit eine zuverlässige und preiswert zu realisierende Möglichkeit zur Verfügung gestellt, die Entfernung eines Handmoduls von einem in einer Einrichtung integrierten Einrichtungsmodul mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System gewonnenen Informationen über die Entfernung eines Handmoduls von einem Einrichtungsmodul können beispielsweise im Rahmen einer Zugangssicherung zu Funktionen einer Einrichtung so eingesetzt werden, daß der Zugang auch bei einem berechtigten Handmodul nur dann freigegeben wird, wenn sich das Handmodul in einer bestimmten Entfernung von dem Einrichtungsmodul befindet. Dadurch kann ein unerwünschtes Betätigen der überwachten Funktionen, wie der Entriegelung von Fahrzeugtüren durch eine nicht berechtigte Person, auch bei einem in Reichweite befindlichen Handmodul zuverlässig verhindert werden.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems ist vornehmlich im Kraftfahrzeugbereich zu sehen. Es kommt aber ebenso eine Vielzahl von anderen Anwendungen, beispielsweise im Rahmen einer Zugangssicherung zu Gebäuden, in Betracht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zweite Signal erhalten, indem zunächst ein Signal als insbesondere sinusförmiges Trägersignal generiert wird, welches höherfrequent ist als das empfangene, erste, ebenfalls insbesondere sinusförmige Signal, und indem zum Generieren des zweiten Signals anschließend das Trägersignal mit dem empfangenen, ersten Signal moduliert wird.
Vorrichtungsmäßig weist für diese Ausgestaltung das Einrichtungsmodul als Generator einen Oszillator zum Generieren eines sinusförmigen Signals und einen zwischen Empfangsmittel und Auswerteinheit angeordneten Demodulator auf. Das Handmodul weist seinerseits als Generator einen Oszillator zum Generieren eines sinusförmigen Signals verbunden mit einem Modulator auf. Die Oszillatoren sind derart eingestellt, daß das von dem Oszillator des Handmoduls generierte Signal höherfrequent ist als das von dem Oszillator des Einrichtungsmoduls generierte Signal. Außerdem ist der Modulator geeignet, ein von dem Oszillator des Handmoduls generiertes Signal mit dem von dem Oszillator des Einrichtungsmoduls generierten und von den Empfangsmitteln des Handmoduls empfangenen Signal zu modulieren. Der Demodulator des Einrichtungsmoduls kann dann ein von den Empfangsmitteln des Einrichtungsmoduls empfangenes Signal demodulieren und den Auswertmitteln zuführen.
Die Auswertmittel können die Laufzeitdifferenz direkt der Phasenverschiebung zwischen den zwei Signalen entnehmen. Je höher die Frequenz des ersten Signals ist, desto kleiner ist die Reichweite, für die die Entfernung anhand eines Phasenvergleichs bestimmt werden kann.
Die gemessenen Signale können bei dem Verfahren und dem System dieser Ausgestaltung ohne Beeinflussung durch Amplitudengrößen bestimmt werden, was eine besonders hohe Sicherheit und Genauigkeit gewährleistet. Die Laufzeit kann dabei durch ein Phasenkorrelationsverfahren bestimmt werden.
Werden die sinusförmigen Signale vor den Eingängen der Auswertmittel, wie den Zählereingängen eines Mikrocontrollers oder eines ASIC-Schaltwerks, in Rechtecksignale umgeformt, so kann eine exakte Auswertung des relevanten Anteils des empfangenen Signals bezüglich seiner Periodendauer und seiner Phasenverschiebung erfolgen. Für die Umformung kommen dabei beispielsweise Komparatoren in Frage.
Eine besonders hohe Sicherheit bei der Erfassung ergibt sich auch dadurch, daß bei Einsatz eines Mikrocontrollers als Auswertmittel mit dem erfindungsgemäßen System Phasendrehungen von 180°, die durch Drehungen des Handmoduls bewirkt werden, erkannt und berücksichtigt werden können. Eine Phasendrehung von 180° wird durch den Polaritätswechsels beim Umdrehen der dem Handmodul zugeordneten Antenne verursacht. Die Ermittlung der Phasenlage für die Erkennung einer Phasendrehung erfolgt insbesondere durch ein Korrelationsverfahren. Der Mikrocontroller hat dann die Möglichkeit, die erkannte Phasendrehung durch eine Differenzbildung zu kompensieren.
Vorteilhafterweise werden die zwischen Handmodul und Einrichtungsmodul übertragenen Trägerfrequenzen zusätzlich für einen bidirektionalen Datenaustausch genutzt. Auf diese Weise kann ohne zusätzlich erforderliche Module in der Einrichtung die gesamte Zugangssicherung zu Funktionen einer Einrichtung erfolgen.
Eine alternativ zu dem Einsatz von sinusförmigen Signalen bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems ist auf Spreizspektrum (Spread-Spectrum) Übertragungen, insbesondere Direktsequenz-Spreizspektrums-Übertragungen (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) ausgelegt.
Das in dem Einrichtungsmodul generierte und von diesem übertragene Signal ist in diesem Fall in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Spreizspektrums-Signal, in dem Synchronisationssequenzen und Taktsequenzen enthalten sind. Die Synchronisationssequenzen und die Taktsequenzen werden dann in dem Handmodul, welches das Signal empfangen hat, dazu genutzt, das zweite Signal, das ebenfalls ein Spreizspektrums-Signal ist und Synchronisationssequenzen enthält, synchron zu dem ersten Signal zu generieren und zeitsynchron zu diesem zu versenden.
Durch den Einsatz von Spreizspektrums-Übertragungen wird die Manipulationssicherheit gegenüber einem mit Sinussignalen arbeitenden Verfahren bzw. System erhöht, da bei Spreizspektrums-Übertragungen eine Demodulation ohne Kenntnis der Bildungsfolge praktisch unmöglich ist. Aufgrund der komplexen Codefolgen, die gebildet werden und die in jedem Fahrzeug unterschiedlich sein können, bleibt keine Sicherheitslücke für Manipulationen offen, selbst wenn der Code oder das Bildungsverfahren für ein Fahrzeug bekannt sein sollte. Somit besteht auch keine Möglichkeit, Hilfsmittel für einen unberechtigten Zugang zu einer Einrichtung zur Verfügung zu stellen.
Die Codefolge, die von einem Fahrzeug benutzt wird, kann in einem Speicher, beispielsweise in einem EEPROM, einem FLASH-Speicher oder ähnlichem, abgelegt sein.
Die übertragenen Spreizspektrums-Signale können neben Synchronisationssequenzen und Taktsequenzen auch noch weitere Informationen enthalten.
Vorteilhafterweise wird bei dem Einsatz von Spreizspektrums-Übertragungen der Codesender des Handmoduls zyklisch immer wieder mittels der von dem Codeempfänger des Handmoduls empfangenen Synchronisationssequenzen und Taktsequenzen synchronisiert, um sicherzustellen, daß die Signale fest miteinander gekoppelt sind.
In dem erfindungsgemäßen System weist bei Einsatz von Spreizspektrums-Übertragungen sowohl das Einrichtungsmodul als auch das Handmodul als Sendemittel jeweils einen Spreizspektrums-Codesender und als Empfangsmittel jeweils einen Spreizspektrums- Codeempfänger auf. Der Spreizspektrums-Codesender des Handmoduls ist dabei geeignet, ein zu einem von dem Spreizspektrums-Codesender des Einrichtungsmoduls gesendeten und von dem Spreizspektrums-Codeempfänger des Handmoduls empfangenen Signal synchrones Signal zu genieren und zu diesem zeitsynchron zu senden. Des weiteren sind die Auswertmittel in dem Einrichtungsmodul geeignet, die Laufzeitdifferenz zwischen einem von dem Spreizspektrums-Codesender des Einrichtungsmoduls gesendeten Signal und einem zu diesem Signal synchronen, von dem Spreizspektrums-Codesender des Handmoduls gesendeten und von dem Spreizspektrums-Codesender des Einrichtungsmoduls empfangenen Signal zu bestimmen.
Werden in einer Einrichtung mindestens zwei Einrichtungsmodule eingesetzt, die jeweils unabhängig voneinander die Entfernung eines Handmoduls bestimmten, so kann aus den Entfernungen zusätzlich die exakte Position des Handmoduls in einem für die Einrichtung festgelegten Koordinatensystem ermittelt werden. Dadurch kann der Zugang zu Funktionen einer Einrichtung nicht nur ab einer bestimmten Entfernung von der Einrichtung sondern auch nur in einer bestimmten Lage zu der Einrichtung erfolgen.
Bei einem Kraftfahrzeug kann das beispielsweise bedeuten, daß der Zugang nur bei Vorhandensein eines berechtigten Handmoduls im Türbereich oder im Kofferraumbereich freigegeben wird. Ebenso besteht die Möglichkeit, in einem Kraftfahrzeug die Fahrfunktionen nur dann freizugeben, wenn die Auswertung ergibt, daß sich ein berechtigtes Handmodul innerhalb oder in einem bestimmten Bereich innerhalb des Fahrzeugs, nämlich im Bereich des Fahrersitzes, befindet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 die Einordnung eines Systems gemäß Erfindung für ein Kraftfahrzeug in seine Umgebung,
Fig. 2 die schematische Darstellung des Prinzips einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Blockdarstellung eines Systems zu der Ausführungsform aus Fig. 2, und
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems gemäß Erfindung.
Aus Fig. 1 wird die Raumeinteilung bei einem erfindungsgemäßen, für ein Kraftfahrzeug eingesetzten Systems deutlich.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem Funktionsbereich 2 im Fahrzeuginneren. Um das Fahrzeug herum befindet sich ein Zugangsbereich 3, innerhalb dem einem Benutzer mit berechtigtem Handmodul 6 der Zugang zu dem Fahrzeug 1 gewährt werden soll. In dem Fahrzeug sind zwei Einrichtungsmodule 4, 5, die einen Abstand L1 voneinander aufweisen, integriert.
Ein zum Zugang berechtigtes Handmodul 6 befindet sich zur Zeit in dem Zugangsbereich 3 des Fahrzeugs.
Die Einrichtungssmodule 4 und 5 bestimmen über einen Signalaustausch mit dem Handmodul 6 ihre jeweilige Entfernung D1 bzw. D2 zu dem Handmodul 6. Aus den erfaßten Entfernungen D1 und D2 läßt sich dann aufgrund der bekannten Entfernung L1 der Einrichtungssmodule untereinander rechnerisch die exakte Position des Handmoduls 6 ermitteln und als Koordinaten X, Y in einem für das Fahrzeug definierten zweidimensionalen Koordinatensystem angeben.
Der erforderliche Signalaustausch für die Bestimmung der Entfernung D1 zwischen einem der Einrichtungssmodule 4 und dem Handmodul 6 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist grob in Fig. 2 wiedergegeben. Sendemittel TXE des Einrichtungsmoduls 4 übertragen ein Signal mit einer ersten Frequenz Träger 1 an Empfangsmittel RXH des Handmoduls 6. Im Handmodul 6 wird daraufhin ein zweites Signal mit einer zweiten Frequenz Träger 2 generiert, die höher ist, als die Frequenz des ersten Signals Träger 1. Das zweite Signal wird mit einem Signal moduliert, das synchron ist zu dem ersten Signal, und über Sendemittel TXH des Handmoduls 6 an Empfangsmittel RXE des Einrichtungsmoduls 4 übertragen. In dem Einrichtungsmodul 4 erfolgt dann eine Verarbeitung des ersten, in dem Einrichtungsmodul 4 generierten Signals und des zweiten, empfangenen Signals zur Bestimmung der Laufzeitdifferenz durch ein Phasenkorrelationsverfahren. Aus der Laufzeitdifferenz wird im Anschluß die Entfernung D1 des Handmoduls 6 von dem Einrichtungsmodul 4 ermittelt.
Die genauen Vorgänge beim Signalaustauschs werden nun im einzelnen anhand des in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Systems beschrieben.
Auf der linken Seite der Fig. 3 sind Elemente eines Handmoduls 6 zu sehen, auf der rechten Seite Elemente eines Einrichtungsmoduls 4.
Das Handmodul 6 umfaßt eine Empfangsantenne EA-H, die zum einen mit einem Demodulator D-H und zum anderen mit einem Modulator M-H verbunden ist. Der Ausgang des Demodulators D-H wird einem Mikrocontroller MC-H zugeführt, der außerdem einen steuernden Zugang zu einem Oszillator O-H aufweist. Der Ausgang des Oszillators O-H ist mit einem zweiten Eingang des Modulators M-H verbunden. Der Ausgang des Modulators M-H schließlich ist mit einer Sendeantenne SA-H des Handmodmoduls verbunden.
Das im Fahrzeug integrierte Einrichtungsmodul 4 weist ebenfalls eine Empfangsantenne EA-F, eine Sendeantenne SA-F, einen Oszillator O1-F, einen Demodulator D-F und einen Mikrocontroller MC-F auf. Der Eingang der Sendeantenne SA-F ist dabei mit einem Ausgang des Oszillators O1-F verbunden. Der Ausgang der Empfangsantenne EA-F ist einerseits über den Demodulator D-F und einen ersten Tiefpaß TP1 mit einem Eingang des Mikrocontrollers MC-F verbunden. Andererseits ist der Ausgang über den Demodulator D-F, einen Mischer M1 sowie einen zweiten Tiefpaß TP2 mit einem weiteren Eingang des Mikrocontrollers MC-F verbunden. Ein Ausgang des Mikrocontrollers MC-F liegt ferner an einem Eingang des Oszillators O1-F an. Ein zweiter Ausgang des Oszillators O1-F ist über einen zweiten Mischer M2 und einen dritten Tiefpaß TP3 mit einem Eingang des Mikrocontrollers MC-F verbunden. Ein dritter Oszillator O2-F liefert je eine zweite Eingangsgröße für die beiden Mischer M1 und M2.
Das System aus Fig. 3 arbeitet wie folgt:
Der Oszillator O1-F des Einrichtungsmoduls 4 generiert ein Trägerfrequenzsignal von 125 kHz, das über die Sendeantenne SA-F des Einrichtungsmoduls 4 an das Handmodul 6 gesendet wird.
Die Empfangsantenne EA-H des Handmoduls 6 empfängt das Trägerfrequenzsignal und stellt es einem Modulator M-H als Eingangssignal zur Verfügung. Der Oszillator O-H des Handmoduls 6 generiert ein zweites Trägerfrequenzsignal von 433 MHz und liefert dieses ebenfalls an den Modulator M-H. Der Modulator M-H moduliert nun das zweite Trägerfrequenzsignal von 433 MHz mit dem empfangenen Trägerfrequenzsignal von 125 kHz. Das modulierte Trägerfrequenzsignal wird anschließend über die Sendeantenne SA-H des Handmoduls 6 zurück an das Einrichtungsmodul 4 des Fahrzeugs 1 übertragen.
Das in dem Einrichtungsmodul 4 von der Empfangsantenne EA-F empfangene Signal wird dem Demodulator D-F zugeführt, der das Signal demoduliert und ein gegenüber dem durch den Oszillator O1-F erzeugten Trägersignal phasenverschobenes Signal liefert. Die Höhe der Phasenverschiebung hängt dabei von der Entfernung zwischen dem Einrichtungsmodul 4 und dem Handmodul 6 ab.
Um die Phasenverschiebung exakt messen zu können, wird das demodulierte Signal zunächst in dem Mischer M1 mit einem leicht frequenzverschobenen, von dem dritten Oszillator O2-F generierten Signal von 125,1 kHz multipliziert. Das Ausgangssignal des Mischers M1 ist in den Frequenzbereich in Höhe der Differenzfrequenz (|Frequenz O1-F-Frequenz O2-F|), also von 100 Hz, transformiert. Der gleiche Mischvorgang wird über den zweiten Mischer M2 auf das direkt vom Oszillator O1-F gelieferte Oszillatorsignal angewandt, wodurch ein Referenzsignal entsteht.
Nach einer Tiefpaßfilterung der gemischten Signale werden die von den Tiefpaßfiltern T2 und T3 ausgegebenen Sinussignale durch einen (nicht dargestellten) Komparator in Rechtecksignale umgeformt. Diese Rechtecksignale lassen sich bezüglich ihrer Periodendauer und Phasenverschiebungen exakt auswerten. Die Ermittlung der Phasenlage erfolgt durch den Mikrocontroller MC-F, der aus der Phasenlage dann auch den Abstand zwischen dem Einrichtungsmodul 4 und dem Handmodul 6 bestimmt.
Die zu messende Wegstrecke kann über einen Zähler mit hoher Genauigkeit: ermittelt werden. Bei der verwendeten Frequenz von 125 kHz für das von dem Oszillator O1-F des Einrichtungsmoduls 4 generierte Trägerfrequenzsignal erhält man als maximal erfaßbare Entfernung s mit s = c/f = 300.000 km/s/125 kHz einen Wert von ca. 2,4 km. Bei einer Differenzfrequenz von ca. 100 Hz und einem mit 1 MHz getaktetem Zähler liegt die Genauigkeit dann bei ca. 24 cm, da 10.000 Zählimpulse 2,4 km entsprechen und somit 1 Zählimpuls 24 cm entspricht.
Zusätzlich zu der Abstandsbestimmung besteht bei dem System aus Fig. 3 die Möglichkeit, zwischen dem Einrichtungsmodul 4 und dem Handmodul 6 Daten auszutauschen, anhand derer beispielsweise festgestellt werden kann, ob das Handmodul 6 überhaupt zu einem Zugang zu dem Fahrzeug oder zu Funktionen des Fahrzeugs berechtigt ist. Zu diesem Zweck haben die Mikrocontroller MC-H und MC-F des Handmoduls 6 und des Einrichtungsmoduls 4 die Möglichkeit, das jeweilige Trägerfrequenzsignal über ihren Zugang zu dem jeweiligen Oszillator O-H bzw. O1-F entsprechend der zu übermittelnden Daten zusätzlich gezielt zu modulieren. Die Demodulation erfolgt über den Demodulator D-H in dem Handmodul 4 bzw. über den Demodulator D-F in dem Einrichtungsmodul 4, von wo aus die wiedergewonnenen Daten dem Mikrocontroller MC-H bzw. MC-F - im Falle des Einrichtungsmodul 4 über den Tiefpaßfilter T1 - zur Verarbeitung zugeführt werden.
Eine andere Variante der Abstandsbestimmung zwischen einem Handmodul 6 und einem Einrichtungsmodul 4, bei der eine Direktsequenz-Spreizspektrums- (DSSS) Übertragung zur Laufzeitdifferenzerfassung genutzt wird, ist in Fig. 4 als Blockschema dargestellt. Auf der rechten Seite sind dabei wiederum Elemente des Einrichtungsmoduls 4 angeordnet und auf der linken Seite Elemente des Handmoduls 6.
Das Einrichtungsmodul 4 beinhaltet einen DSSS-Codesender CS1 und einen DSSS-Codeempfänger CE1. Beide geben einen Synchronimpuls auf jeweils einen Eingang von Auswertmitteln A1 aus. Der DSSS-Codesender CS1 gibt zusätzlich ein Taktsignal an einen dritten Eingang der Auswertmittel A1 ab.
Das Handmodul 6 umfaßt ebenso einen DSSS-Codeempfänger CE2 und einen DSSS-Codesender CS2, wobei die Ausgänge für ein Synchronisationssignal und ein Taktsignal des DSSS- Codeempfänger CE2 mit den Eingängen des DSSS-Codesender CS2 verbunden sind.
Der DSSS-Codesender CS1 erzeugt durch ein DSSS-Verfahren ein Requestsignal bei ca. 2,4 GHz aus einem DSSS-Code DSSS1, der neben den zu übertragenden Daten auch Synchronisations- und Taktinformationen in Form von definierten Synchronisations- und Taktsequenzen enthält.
Es handelt sich bei dem DSSS-Code folglich um eine zeitliche Aneinanderreihung von verschiedenen Untersequenzen. Das generierte Requestsignal wird ausgesendet und kann nur durch den DSSS-Codeempfänger CE2 des passenden Handmoduls 6 demoduliert werden.
Der DSSS-Codeempfänger CE2 in dem Handmodul 6 empfängt und demoduliert das Requestsignal und extrahiert aus dem erhaltenen DSSS-Code DSSS1 die Synchronisations- und Taktinformationen, um sie an den DSSS-Codesender CS2 weiterzuleiten. Der DSSS-Codesender CS2 generiert ebenfalls durch ein DSSS-Verfahren ein Responsesignal aus einem zweiten DSSS-Code DSSS2, der dem ersten DSSS-Code DSSS1 nicht ähnlich ist. Demgemäß ist auch das erzeugte Responsesignal verschieden von dem empfangenen Requestsignal. Das Responsesignal wird aber entsprechend der erhaltenen Synchronisationsinformationen aus dem ersten DSSS-Code DSSS1 synchron zu dem Requestsignal gebildet. Um sicherzustellen, daß die DSSS-Signale fest miteinander gekoppelt sind, wird der DSSS-Codesender CS2 zyklisch synchronisiert, d. h. jedesmal, wenn die in dem DSSS-Code DSSS1 verwendete Synchronisationssequenz überstrichen wird. Das Responsesignal wird mit Hilfe der Taktinformation aus dem Requestsignal zeitsynchron zu diesem an den DSSS-Codeempfänger CE1 des Einrichtungsmoduls 4 übertragen. Das Responsesignal ist ausschließlich von dem berechtigten Einrichtungsmodul 4 demodulierbar.
Die Auswertmittel A1 in dem Einrichtungsmodul 4 empfangen einerseits von dem DSSS-Codesender CS1 Synchronimpulse und Taktsignale entsprechend der originalen Synchronisationssequenzen und Taktsignale, die im Rahmen den Requestsignals von dem DSSS-Codesender CS1 mitübertragen werden. Andererseits empfangen die Auswertmittel A1 Synchronimpulse entsprechend dem von dem DSSS-Codeempfänger CE1 empfangenen Responsesignal. Durch die in dem Handmodul 6 sichergestellte Kopplung zwischen dem Request- und dem Responsesignal kann in den Auswertmittel A1 aus der Zeitverschiebung zwischen den gesendeten und den empfangenen Sequenzen in Request- bzw. Responsesignal die Laufzeitdifferenz ermittelt werden. Aus der gemessenen Zeit läßt sich dann in den Auswertmitteln A1 ohne weiteres die Wegstrecke zwischen Einrichtungsmodul 4 und Handmodul 6 bestimmen.

Claims (20)

1. Verfahren zur Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls (6) von einem Einrichtungsmodul (4) einer Einrichtung (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das die folgenden Schritte aufweist:
  • a) Generieren eines ersten Signals in dem Einrichtungsmodul (4),
  • b) Aussenden des ersten Signals durch das Einrichtungsmodul (4),
  • c) Empfangen des ersten Signals durch das Handmodul (6),
  • d) Generieren eines zweiten Signals in dem Handmodul (6), das einen zumindest zu einem Anteil des empfangenen ersten Signal synchronen und von dem Gesamtsignal isolierbaren Anteil aufweist,
  • e) Aussenden des zweiten Signals durch das Handmodul (6),
  • f) Empfangen des zweiten Signals durch das Einrichtungsmodul (4), und
  • g) Auswerten der Laufzeitdifferenz zwischen dem von dem Einrichtungsmodul (4) erzeugten ersten Signal bzw. einem Anteil des ersten Signals und dem zu dem ersten Signal bzw. dem Anteil des ersten Signals synchronen Anteil des empfangenen zweiten Signals zur Bestimmung der Entfernung des Handmoduls (6) von dem Einrichtungsmodul (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt d) zunächst ein insbesondere sinusförmiges Signal als Trägersignal generiert wird, das höherfrequent ist als das empfangene, erste, ebenfalls insbesondere sinusförmige Signal und daß anschließend zum Generieren des zweiten Signals das Trägersignal mit dem empfangenen, ersten Signal moduliert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Laufzeitdifferenz in Schritt g) ein Phasenkorrelationsverfahren zur Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen dem ersten Signal bzw. einem Anteil des ersten Signals und dem zu dem ersten Signal bzw. dem Anteil des ersten Signals synchronen Anteil des empfangenen zweiten Signals eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Auswertmittel (MC-F) des Einrichtungsmoduls (4) aufgrund von Drehungen des Handmoduls vorhandene Phasendrehungen von 180° des vom Einrichtungsmodul (4) empfangenen Signals erkennen und bei der Bestimmung der Entfernung berücksichtigen.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrichtungsmodul (4) zur Kompensation von schaltungsbedingten Phasendrehungen über entsprechende Vorgaben für Auswertmittel (MC-F) des Einrichtungsmoduls (4) kalibriert wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Signale durch Aufmodulieren von Datensignalen gleichzeitig zu einem bidirektionalen Datenaustausch zwischen Handmodul (6) und Einrichtungsmodul (4) genutzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das in Schritt a) generierte und in Schritt b) übertragene Signal ein Spreizspektrums- (Spread-Spectrum) Signal, insbesondere ein Direktsequenz- Spreizspektrumssignal (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS), ist, in dem Synchronisationssequenzen und Taktsequenzen enthalten sind, und
daß in den Schritten d) und e) die Synchronisationssequenzen und die Taktsequenzen genutzt werden, um das zweite, ebenfalls ein Spreizspektrumssignal darstellende und Synchronisationssequenzen enthaltende Signal synchron zu dem ersten Signal zu generieren und zeitsynchron zu dem ersten Signal zu versenden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Spreizspektrums-Signale neben Synchronisationssequenzen und Taktsequenzen noch weitere Informationen enthalten.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrichtungsmodul (4) die Entfernung eines Handmoduls (6) von dem Einrichtungsmodul (4) sowohl außerhalb (3) als auch innerhalb (2) der Einrichtung (1) ermittelt.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung eines Handmoduls (6) von mindestens zwei in der Einrichtung (1) integrierten Einrichtungsmodulen (4, 5) erfaßt wird und daß aus den mindestens zwei Abständen die Position des Handmoduls (6) in einem für die Einrichtung (1) festgelegten, zwei- oder dreidimendionalen Koordinatensystem ermittelt wird.
11. System zur Bestimmung der Entfernung eines Handmoduls (6) von einem in einer Einrichtung (1), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, integrierten Einrichtungsmodul (4), das in dem Einrichtungsmodul (4) einen ersten Generator (O1-F, CS1) zum Generieren eines ersten Signals, Sendemittel (SA-F, CS1) zum Senden des ersten Signals, Empfangsmittel (EA-F, CE1) zum Empfangen eines zweiten Signals, sowie Auswertmittel (MC-F) mit Zugang zu Ausgängen des ersten Generators und der Empfangsmittel (EA-F, CE1) umfaßt und das in dem Handmodul (6) Empfangsmittel (EA-H, CE2) zum Empfangen des ersten Signals, einen zweiten Generator (O-H, CS2) zum Generieren eines zweiten Signals mit einem zumindest zu einem Anteil des empfangenen Signals synchronen Anteil sowie Sendemittel (SA-H, CS2) zum Senden des generierten zweiten Signals aufweist, wobei die Auswertmittel (MC-F) des Einrichtungsmoduls (4) geeignet sind, die Laufzeitdifferenz zwischen dem ersten Signal bzw. einem Anteil des ersten Signals und dem zu dem ersten Signal bzw. zu einem Anteil des ersten Signals synchronen Anteil des empfangenen zweiten Signals und daraus die Entfernung des Handmoduls (6) von dem Einrichtungsmodul (4) zu bestimmen.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrichtungsmodul (4) als Generator einen Oszillator (O1-F) zum Generieren eines sinusförmigen Signals und einen zwischen Empfangsmittel (EA-F) und Auswertmitteln (MC-F) angeordneten Demodulator (D-F) aufweist und daß das Handmodul (6) als Generator einen Oszillator (O-H) zum Generieren eines sinusförmigen Signals verbunden mit einem Modulator (M-H) aufweist, wobei die Oszillatoren (O1-F, O-H) derart eingestellt sind, daß das von dem Oszillator (O-H) des Handmoduls (6) generierte Signal höherfrequent ist als das von dem Oszillator (O1-F) des Einrichtungsmoduls (4) generierte Signal, wobei der Modulator (M-H) geeignet ist, ein von dem Oszillator (O-H) des Handmoduls (6) generiertes Signal mit dem von dem Oszillator (O1-F) des Einrichtungsmoduls (4) generierten und von den Empfangsmitteln (EA-H) des Handmoduls (6) empfangenen Signal zu modulieren, und wobei der Demodulator (D-F) geeignet ist, ein von den Empfangsmitteln (EA-F) des Einrichtungsmoduls (4) empfangenes Signal zu demodulieren und den Auswertmitteln (MC-F) zuzuführen.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrichtungsmodul (4) als Auswertmittel einen Mikrocontroller (MC-F) oder ein Schaltwerk, insbesondere ein ASIC-Schaltwerk, aufweist.
14. System nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen der Auswertmittel (MC-F) Tiefpässe (TP1, TP2, TP3) vorgeschaltet sind.
15. System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrichtungsmodul (4) einen weiteren Oszillator (O2-F) und zwei Mischer (M1, M2) aufweist, wobei jeweils ein Eingang der Mischer (M1, M2) mit dem Ausgang des weiteren Oszillators (O2-F) verbunden ist, wobei ein zweiter Eingang des ersten Mischers (M1) mit dem Ausgang des ersten Oszillators (O1-F) des Einrichtungsmoduls (4) verbunden ist, wobei ein zweiter Eingang des zweiten Mischers (M2) mit dem Ausgang des Demodulators (D-F) des Einrichtungsmoduls (4) verbunden ist, und wobei die Ausgänge beider Mischer (M1, M2) jeweils mit einem Eingang der Auswertmittel (MC-F) bzw. mit dem einem Eingang vorgeschalteten Tiefpaß (TP2, TP3) verbunden sind.
16. System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen der Auswertmittel (MC-F) für das von dem ersten Oszillator (O1-F) des Einrichtungsmoduls (4) generierte Signal und das von dem Demodulator (D-F) ausgegebene Signal Komparatoren zum Umwandeln der sinusförmigen Signale in Rechtecksignale zugeordnet sind.
17. System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertmittel (MC-F) des Einrichtungsmoduls (4) geeignet sind, eine mit Datensignalen modulierte Generierung eines sinusförmigen Signals durch den Oszillator (O1-F) des Einrichtungsmoduls (4) zu bewirken, daß das Handmodul (6) einen Demodulator (D-H) zum Rückgewinnen der Datensignale aus dem von den Empfangsmitteln (EA-H) des Handmoduls (6) empfangenen Signal aufweist, sowie mit dem Demodulator (D-H) und dem Oszillator (O-H) des Handmoduls (4) verbundene Auswertmittel (MC-H), die geeignet sind, einerseits die rückgewonnenen Datensignale zu verwerten und andererseits eine mit anderen Datensignalen modulierte Generierung eines sinusförmigen Signals durch den Oszillator (O-H) des Handmoduls (4) zu bewirken, und daß der Demodulator (D-F) des Einrichtungsmoduls (4) geeignet ist, bei der Demodulation der von den Empfangsmitteln (EA-F) des Einrichtungsmoduls (4) empfangenen Signale auch die in dem Handmodul (6) aufmodulierten Datensignale zurückzugewinnen und der Auswerteinheit (MC-F) des Einrichtungsmoduls (4) zur Auswertung zur Verfügung zu stellen.
18. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Einrichtungsmodul (4) als auch das Handmodul (6) als Sendemittel jeweils einen Spreizspektrums-Codesender (CS1, CS2) und als Empfangsmittel jeweils einen Spreizspektrums- Codeempfänger (CE1, CE2) aufweist, wobei der Spreizspektrums-Codesender (CS2) des Handmoduls (6) geeignet ist, ein zu einem von dem Spreizspektrums- Codesender (CS1) des Einrichtungsmoduls (4) gesendeten und von dem Spreizspektrums-Codeempfänger (CE2) des Handmoduls (6) empfangenen Signal zeitsynchrones Signal zu genieren und zu senden, und wobei die Auswertmittel (A1) in dem Einrichtungsmodul (4) geeignet sind, die Laufzeitdifferenz zwischen einem von dem Spreizspektrums- Codesender (CS1) des Einrichtungsmoduls (4) gesendeten Signal und einem zu diesem Signal synchronen, von dem Spreizspektrums-Codesender (CS2) des Handmoduls (6) gesendeten und von dem Spreizspektrums-Codeempfänger (CE1) des Einrichtungsmoduls (4) empfangenen Signal zu bestimmen.
19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizspektrums-Codesender (CS1, CS2) von Einrichtungsmodul (4) und Handmodul (6) Codersender für Direktsequenz-Spreizspektren (DSSS) und daß die Spreizspektrums-Codeempfänger (CE1, CE2) von Einrichtungsmodul (4) und Handmodul (6) Codeempfänger für Direktsequenz-Spreizspektren (DSSS) sind.
20. System nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Position eines Handmoduls (6) in einem für die Einrichtung (1) definierten zwei- oder dreidimensionalen Koordinatensystem der Einrichtung (1) mindestens zwei Einrichtungsmodule (4, 5) zugeordnet sind, und daß Auswertmittel der Einrichtung (1), insbesondere Auswertmittel (MC-F, A1) eines der Einrichtungsmodule (4, 5), geeignet sind, aus den jeweils ermittelten Entfernungen des Handmoduls (6) zu den mindestens zwei Einrichtungsmodulen (4, 5) die exakte Position des Handmoduls (6) in dem Koordinatensystem zu bestimmen.
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