Zugangssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum energiesparenden Betreiben des Identifikationsgebers

Die Erfindung betrifft einen tragbaren Identifikationsgeber für ein passives Zugangssystem eines Kraftfahrzeugs, der in einem Gehäuse eine Versorgungsbatterie, einen MikroController, von dem MikroController gesteuerte HF-Sende- und -Empfangs- Schaltungen zur Kommunikation mit einem kraftfahrzeugseitigen Steuergerät und eine mit dem MikroController gekoppelte LF- Empfangsschaltung zum Empfangen von im LF-Frequenzbereich gesendeten LF-Wecksignalen und zur Ausgabe eines Wecksignals an den MikroController aufweist.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum energiesparenden Betreiben eines solchen tragbaren

Identifikationsgebers .

Derartige tragbare Identifikationsgeber, auch elektronische Schlüssel oder ID-Geber genannt, dienen dazu, einem Inhaber oder Träger des Identifikationsgebers den Zugang zu einem

Kraftfahrzeug oder ein Verriegeln des Kraftfahrzeugs zu

ermöglichen, ohne dass der Benutzer aktiv Eingabetasten des Identifikationsgebers betätigen muss. Der Bediener braucht den Identifikationsgeber nur mit sich zu führen (beispielsweise in der Bekleidung oder einer mitgeführten Tasche) .

Diese Funktionalitäten werden als „Passive Keyless-Entry" oder „Keyless-go" bezeichnet. Im Gegensatz zur konventionellen Fernbedienung ist bei der „Passive Keyless-Entry-Funktionalität " keine aktive Bedienung des mobilen Identifikationsgebers zur Ver- und Entriegelung (Sicherung und EntSicherung) der

Schließvorrichtung oder zur Entsperrung der Wegfahrsperre notwendig. Beispielsweise wird bei der Betätigung des Türgriffes des Kraftfahrzeuges eine Kommunikation zwischen dem

Kraftfahrzeug und dem Identifikationsgeber gestartet und bei positiver Identifikationsprüfung (Authentifikation) die elektrische Entriegelung der Schließvorrichtung aktiviert. Das bedeutet, dass der einen gültigen Identifikationsgeber

mitführende Benutzer sein Kraftfahrzeug öffnen kann, ohne aktiv den Identifikationsgeber betätigen zu müssen.

Bei einem gewünschten Zutritt zu einem Fahrzeug ergibt sich beispielsweise folgender Ablauf: Der den Identifikationsgeber mit sich führende Benutzer nähert sich der Fahrertür des

Kraftfahrzeugs an und hintergreift beispielsweise einen

Türgriff. In diesem Moment wird die Annäherung des Benutzers oder das Hintergreifen des Türgriffs von einem an der Tür angebrachten Sensor (beispielsweise von einem im Türgriff montierten kapazitiven Annäherungssensor) erfasst und einem kraftfahrzeugseitigen Steuergerät gemeldet. Selbstverständlich würde eine solche Erfassung und Meldung eines sich annähernden Benutzers auch dann vorgenommen werden, wenn der Benutzer nicht berechtigt ist, also keinen passenden Identifikationsgeber mit sich führt. Eine Annäherungserfassung und entsprechende Meldung wäre auch dann denkbar, wenn irgendein anderer Körper sich in bestimmter Weise an den Sensor annähert. Deshalb ist eine

Zugangsberechtigung zu prüfen, bevor von dem

kraftfahrzeugseitigen Steuergerät die Tür entriegelt und eine Betätigung des Türgriffs zum Öffnen der Tür freigegeben wird. Zu diesem Zweck findet ein mittels Austausch von Funksignalen ausgeführter Dialog zwischen dem kraftfahrzeugseitigen

Steuergerät und einem in dem Identifikationsgeber enthaltenen MikroController statt. Dieser Dialog könnte grundsätzlich mit einem HF-Anfrage-Signal seitens des kraftfahrzeitseitigen

Steuergeräts beginnen und mit einem von dem Identifikationsgeber abgestrahlten HF-Antwort-Signal weitergeführt werden. In diesem Fall müsste jedoch der Identifikationsgeber einen ständig aktiven HF-Empfänger enthalten. Ein weiterer Nachteil einer solchen HF-Kommunikation besteht in der Schwierigkeit, einen genau umgrenzten räumlichen Empfangsbereich in der Nähe des Fahrzeugs auszubilden. Um eine Aktivierung des

Identifikationsgebers nur dann zu ermöglichen, wenn sich dieser in einem vorgegebenen räumlichen Bereich (benachbart zur

Kraftfahrzeugtür) befindet, ist es im Stand der Technik üblich, dass das kraftfahrzeugseitige Steuergerät zunächst über einen LF-Sender mit einer zugehörigen Sendespule ein Wecksignal im LF- Frequenzbereich (z. B. bei 125 kHz) abstrahlt, wobei die

Sendespule (beispielsweise im Türgriff) so angeordnet ist, dass sich ein vorgegebener Abstrahlbereich um den Türgriff herum von beispielsweise wenigen Metern ergibt. Der Identifikationsgeber andererseits wird mit einem zugehörigen LF-Empfänger

ausgerüstet, der neben LF-Verstärkerschaltungen Empfangsspulen umfasst .

Ein Ausgang des LF-Empfängers ist mit einem Eingang des

MikroControllers gekoppelt. Wenn sich nun der bei dem Benutzer befindliche, mit einer LF-Empfangsschaltung ausgerüstete

Identifikationsgeber dann, wenn der Benutzer auf den Türgriff zugreift, zugleich im Abstrahlbereich der LF-Sendespule des kraftfahrzeugseitigen Steuergeräts befindet, so empfängt er ein Wecksignal im LF-Frequenzbereich, welches unmittelbar nach

Erfassen des Zugreifens des Bedieners bzw. seiner Annäherung von dem kraftfahrzeugseitigen Steuergerät über die Sendespule abgestrahlt wird. Das empfangene LF-Wecksignal dient dazu, den MikroController aufzuwecken und diesen programmgesteuert zu veranlassen, den HF-Signal-Dialog mit dem kraftfahrzeugseitigen Steuergerät zu beginnen. Deshalb kann der MikroController und können die HF-Sende- und -Empfangsschaltungen in einem

Ruhezustand niedrigen Energieverbrauchs heruntergeschaltet bleiben. Allerdings muss die LF-Empfangsschaltung ständig eingeschaltet (aktiv) bleiben, um für den Empfang des

Wecksignals bereit zustehen .

Da diese ständige Bereitschaft der LF-Empfangsschaltung zu einem Energieverbrauch und somit zur Entladung der Batterie des Identifikationsgebers führt, wurde in der Patentanmeldung DE 10 2010 036 787.7 vorgeschlagen, die LF-Empfangsschaltungen nicht ständig eingeschaltet zu lassen, sondern nur in vorgegebenen Abständen kurzzeitig zu aktivieren.

Außerdem ist aus der EP 0808971 bekannt, einen tragbaren Sendeempfänger mit einem Bewegungsschalter zu versehen.

Trotz dieser vorgeschlagenen Maßnahme entlädt sich

allerdings bei herkömmlichen ID-Gebern eine Spannungsquelle bei Nichtbenutzung. Insbesondere wenn ein ID-Geber vor der Auslieferung und Kopplung mit einem Fahrzeug nach der Fertigung längere Zeit unbenutzt gelagert wird, kann der Fall auftreten, dass die Batterie erheblich entladen ist, wenn der ID-Geber zur Auslieferung kommt. Außerdem können solche ID-Geber nach

Herstellung in einem aktivierten Betrieb unerwünschte

Wechselwirkungen mit der Umgebung, z.B. bei Transport oder bei Lagerung zeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den

Energiespeicher des tragbaren Identifikationsgebers in solchen Zeiten, in denen der Identifikationsgeber nicht genutzt wird, insbesondere bevor er erstmalig in Betrieb genommen wird, zu schonen .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen tragbaren Identifikationsgeber für ein passives Zugangssystem eines

Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Der erfindungsgemäße Identifikationsgeber für ein passives Zugangssystem eines Kraftfahrzeugs weist in einem Gehäuse eine Versorgungsbatterie, einen MikroController, von dem

MikroController gesteuerte HF-Sende- und -Empfangsschaltungen zur Kommunikation mit einem kraftfahrzeugseitigen Steuergerät, eine mit dem MikroController gekoppelte LF-Empfangsschaltung mit LF-Empfangsspulen zum Empfangen von im LF-Frequenzbereich gesendeten LF-Wecksignalen und zur Ausgabe eines Wecksignals an den MikroController auf.

Mit der LF-Empfangsschaltung ist ein Pufferspeicher für elektrische Energie gekoppelt. Der Pufferspeicher kann bei Kopplung der LF-Spulen mit einem elektromagnetischen Feld, z.B. bei der Transponderabfrage in einem Abfragefeld in einem KFZ, aufgeladen werden.

Der Pufferspeicher ist mit dem MikroController gekoppelt, so dass der MikroController aus dem Pufferspeicher zur Abarbeitung von gespeicherten Anweisungen versorgt werden kann.

Die Versorgungsbatterie ist mit dem MikroController, ggf. auch mit den übrigen Komponenten über einen elektronischen Schalter (z.B. Mosfet) gekoppelt. Dieser Schalter ist im

ursprünglichen Zustand offen, die Versorgungsbatterie ist vom übrigen System getrennt, insbesondere nicht zur Speisung des MikroControllers geschaltet.

Der elektronische Schalter kann unter Ansteuerung durch den

MikroController geschlossen werden, wenn der Pufferspeicher über einen Schwellwert aufgeladen ist. Der Schwellwert ist dabei derart bemessen, dass der Pufferspeicher genügend Energie speichert, um die Abarbeitung der Anweisungen des Microcomputers zum Schalten des elektronischen Schalters und den Schaltvorgang selbst durchzuführen.

Der elektronische Schalter ist dabei derart ausgelegt und angesteuert, dass die Batterie dauerhaft, auch nach Wegfall der Ladung in dem Pufferspeicher und des LF-Feldes mit den übrigen Komponenten des Systems gekoppelt bleibt.

Erfindungsgemäß ist also die LF-Baugruppe zunächst von der Versorgungsbatterie getrennt. Bei Kopplung des Systems mit einem elektromagnetischen Wechselfeld, z.B. in der Wegfahrsperren- Schnittstelle ( Immobilizer-Schnittstelle) findet jedoch eine dauerhafte Aktivierung der Spannungsversorgung durch die

Versorgungsbatterie statt, indem dem LF-Feld Energie entzogen wird, um den elektronischen Schalter unter Kontrolle des

MikroControllers zur Energieversorgung zu schließen.

Ist der Schalter geschlossen, so versorgt die Batterie das System, auch den MikroController und die Komponenten der HF- Kommunikation, mit Strom. In diesem Zustand bleibt der Schalter zwischen Batterie und MikroController geschlossen, wobei die ggf. dazu erforderliche Energie der Batterie selbst entnommen wird .

Der ID-Geber ist also nach der Produktion in einem Zustand, in welchem die Batterie durch den elektronischen Schalter von den übrigen Komponenten getrennt ist und keine nennenswerte Entladung stattfinden kann. In diesem Zustand können auch keine störenden elektromagnetischen Felder durch den ID-Geber erzeugt werden, z.B. auf dem Transportweg oder bei Lagerung in

Fertigungsbereichen . Erst wenn der LF-Kreis erstmalig geweckt wird und der

Pufferspeicher dabei geladen wird, koppelt die Batterie ein und der Schlüssel steht voll funktionsfähig als Passive-Key zur Verfügung .

Diese Kopplung der Batterie findet üblicherweise spätestens beim Anlernvorgang des ID-Gebers an das Fahrzeug statt. Dann wird der ID-Geber in die Kopplungsschnittstelle des Fahrzeugs eingebracht und es wird für die Freischaltung der Batterie genügend Energie aufgebracht.

In einer bevorzugten Ausführungsform tritt als

elektronischer Schalter ein MOSFET verwendet, welcher zwischen Drain- und Source-Anschlüssen eine Schaltstrecke für eine angekoppelte Batterie bildet und dessen Gate vom MikroController beim Weckvorgang ansteuerbar ist. In einer besonders einfachen Gestaltung wird nach erstmaligem Durchschalten des MOSFET durch Anlegen der geeigneten Steuerspannung aus dem versorgten Kreis der Komponenten zusätzlich eine Leitung gespeist, die wiederum mit dem Gate des MOSFET gekoppelt ist. Auf diese Weise erhält sich der MOSFET in der Durchleitungsstellung durch die

Batteriestellung selbst, ist also in diesem Zustand

selbsterhaltend.

In diesem Zustand tritt der Schalter jedoch bei Austausch der Batterie ohne Zwischenversorgung wieder in den

ursprünglichen Zustand, mit entkoppelter Batterie von übrigen Komponenten. Er müsste dann erneut über die

Verbindungsschnittstelle mit dem Kraftfahrzeug freigeschaltet werden .

Eine derartige Selbsthalteschaltung kann jedoch auch auf beliebige andere Weise, wie in der Technik bekannt, realisiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der ID- Geber derart ausgelegt, dass der MikroController bei vorhandener Batterieversorgung die Batterie durch die Aktivierung des elektronischen Schalters trennt, wenn eine vorgegebene

Zustandsbedingung erreicht ist.

Diese Zustandsbedingung kann insbesondere durch eine über HF oder LF empfangene Kommunikationsmitteilung veranlasst werden. Wird dem ID-Geber ein entsprechender Befehlssatz übermittelt und im MikroController ausgewertet, so kann die Batterie gezielt abgekoppelt werden, um beispielsweise nach einem Test des ID- Gebers diesen in den unversorgten und entladungsgeschützten Zustand zu versetzen. Alternativ kann eine ZeitInformation zur Deaktivierung des ID-Gebers führen, wenn dieser beispielsweise mehrere Wochen nicht benutzt wurde. Wird beispielsweise ein ZweitSchlüssel in Gestalt eines ID-Gebers gelagert, so wird auf diese Weise die Endladung des ID-Gebers verhindert, er muss lediglich bei Wiederaufnahme der Benutzung einmal in die

entsprechende Aufnahme des Kraftfahrzeugs eingeschoben werden, damit eine Aktivierung über den LF-Kreis stattfindet.

Grundsätzlich kann die Entkoppelung der Spannungsversorgung auch bei sicherheitsrelevanten Vorkommnissen deaktiviert werden. Wird beispielsweise ein kompromittierender Datenverkehr auf dem HF-Wege festgestellt, so kann der Schlüssel in den passiven Zustand versetzt werden, aus welchem er lediglich durch die Transponderkoppelung wieder aufgeweckt werden kann.

Vorteilhafte und/oder bevorzugte Weiterbildungen der

Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer in der

Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine schematische Blockdarstellung des

erfindungsgemäßen Identifikationsgebers.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des

erfindungsgemäßen tragbaren Identifikationsgebers 1 für ein passives Zugangssystem eines Kraftfahrzeugs. In einem Gehäuse 2 sind diverse Schaltungskomponenten und eine

Versorgungsbatterie 3 untergebracht. Die Schaltungsanordnung umfasst einen MikroController 4, welcher die üblichen

Komponenten enthält, wie beispielsweise einen Mikroprozessor, einen nicht-flüchtigen Speicher für Programme und

Konfigurationsdaten, einen flüchtigen Speicher (RAM) für die Datenspeicherung und diverse Eingabe- und Ausgabe- SchnittStellenschaltungen sowie ein diese Komponenten koppelndes internes Bussystem. Zur bidirektionalen Kommunikation mit einem kraftfahrzeugseitigen Steuergerät sind HF-Sende- und -Empfangs ^¬ schaltungen 5 vorgesehen, die mit Eingabe/Ausgabe-Ports des MikroControllers 4 verbunden sind. Der Empfang der HF-Signale sowie das Abstrahlen der HF-Signale der HF-Sende- und - Empfangsschaltungen 5 erfolgt über eine Antenne. Die

Kommunikation zwischen den HF-Sende- und -Empfangsschaltungen 5 mit dem kraftfahrzeugseitigen Steuergerät findet beispielsweise im MHz-Bereich statt. Die Details der Schaltungen 5 sind in Figur 1 nicht näher dargestellt und werden hier auch nicht näher beschrieben, da sie für das Wesen der Erfindung von

untergeordneter Bedeutung sind. In Figur 1 ist schematisch ein ID-Geber 1 dargestellt. Der ID-Geber ist mit seinem

schematischen inneren Aufbau und den erfindungswesentlichen Teilen gezeigt. Selbstverständlich kann der ID-Geber zusätzliche Funktionselemente, wie z.B. Taster oder mechanische

Schließeinrichtungen aufweisen.

Der Identifikationsgeber 1 enthält eine LF- Empfangsschaltung, bestehend aus 3D-Empfangsspulen 7 und eine LF-Kopplungsschaltung (LF-K) 6. Derartige 3D-Spulenanordnungen sind bekannt, z.B. aus der DE 601 07 512 T2. Eine solche LF- Spulenanordnung weist im Wesentlichen orthogonale Spulen in verschiedenen Raumrichtungen auf, welche mit einem

Niederfrequenzempfänger (LF-Empfänger ) verbunden sind (es ist grundsätzlich auch möglich, mehrere Niederfrequenzempfänger zu verwenden) .

Die LF- Kopplungsschaltung ist mit Eingabe-Ports des

MikroControllers 4 gekoppelt. Die LF-Kopplungsschaltung dient sowohl zur LF-Kommunikation als auch zur drahtlosen Aufladung des Pufferspeichers 8. Dieser Pufferspeicher ist in diesem

Beispiel als Kondensator ausgebildet, welcher eine geeignete Kapazität aufweist, um bei der durch die LF-Kopplungsschaltung bereitgestellten Spannung auf eine Ladung aufgeladen zu werden, die den MikroController betreiben kann. Die LF- Kopplungsschaltung enthält dazu eine entsprechende

Ladeschaltung, welche bei einwirkendem LF-Speisefeld automatisch eine Ladespannung an den Pufferspeicher anlegt. Es ist bekannt, ID-Geber in Aufnahmen am Kraftfahrzeug einzuschieben oder einzulegen, um auch bei erschöpfter

Energiequelle des ID-Gebers die Wegfahrsperre des Fahrzeugs freigeben zu können. Dabei wird über ein Transponderfeld Energie zur Kommunikation in den ID-Geber über die LF-Spulenanordnung 7 übertragen .

Es ist ebenfalls bekannt, Energiespeicher in ID-Gebern durch induktive Koppelung aufzuladen. Die DE 10 2004 023 197 offenbart eine derartige Aufladung des Energiespeichers in einem ID-Geber. Eine solche Aufladung erfolgt z.B. erst, wenn eine erfolgreiche Sicherheitsabfrage des Schlüssels stattgefunden hat (siehe auch US 2002/0209582). Dieselben Konzepte werden hier erfindungsgemäß eingesetzt, um Energie für den Kopplungsvorgang mit der Batterie aus dem LF-Feld abzuziehen und zu speichern.

Ist der Kondensator 8 ausreichend aufgeladen, was durch eine

Spannungsüberprüfung verifiziert werden kann, so stellt er

Energie bereit, damit der Mikrocontroller 4, welcher Teil der Steuereinrichtung des ID-Gebers ist, den Kopplungsvorgang der Batterie starten kann. Der Mikrocontroller 4 arbeitet eine

Befehlsfolge ab, welche das Gate eines MOSFET 9 versorgt und so die im Schlüssel befindliche Spannungsquelle 3 zur Versorgung der Schlüsselbauteile einkoppelt. Sobald diese Versorgung über die Leitung 10 durch Schalten des MOSFET 9 bewirkt ist, ist die Steuereinrichtung unabhängig von dem Pufferspeicher 8 und wird dauerhaft durch die Batterie 3 versorgt. In diesem Zustand der Komplettversorgung durch die Batterie 3 kann der Mikrocontroller auch zur HF-Kommunikation auf das HF-Modul 5 zugreifen und eine entsprechende HF-Kommunikation ausführen. Der Schlüssel ist also aktiviert und nicht mehr auf die Versorgung über die Einkopplung eines elektromagnetischen Feldes in die Spulenanordnung 7 angewiesen. Eine entsprechende Schaltungsanordnung sorgt dafür, dass über die Leitung 11 weiterhin der MOSFET 9 leitend gehalten wird .

Dieser ID-Geber koppelt entsprechend die Batterie 3 erst zur Versorgung der übrigen Komponenten ein, wenn erstmalig ein entsprechender Weckvorgang durch Energieversorgung über die Spulenanordnung 7 stattgefunden hat. Auf diese Weise kann der ID-Geber lange Zeit, sogar jahrelang, ohne nennenswerte Entladung gelagert werden und bei Inbetriebnahme zur

vollständigen Funktionsfreischaltung aktiviert werden. Außerdem kann durch eine geeignete Steuerungsmaßnahme über die

Steuereinrichtung, insbesondere den MikroController 4 der elektronische Schalter 9 wieder deaktiviert werden, z.B. wenn für mehrere Wochen oder Monate keine Benutzung des ID-Gebers stattgefunden hat. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn beispielsweise Reserveschlüssel für Kraftfahrzeuge unbenutzt gelagert werden. Durch den Einschub des Schlüssels in die entsprechende Aufnahme am Kraftfahrzeug wird das System wieder in den aktiven Zustand gebracht und die Spannungsversorgung eingekoppelt .

Wesentlich ist bei der Erfindung demnach, dass durch eine zeitweise Energieversorgung über die Feldeinkoppelung in die LF- Spulen die Spannungsversorgung des ID-Gebers geweckt wird. Nach diesem Weckvorgang ist das gesamte System unabhängig von einer Energieversorgung über die LF-Spulen.

Die Schalteranordnung 9 kann dabei durchaus auch so

eingerichtet sein, dass sie dauerhaft die Einkoppelung der

Batterie vornimmt, unabhängig von einer andauernden Ansteuerung des elektronischen Schalters. Die erneute Deaktivierung und Entkoppelung der Batterie von dem System ist lediglich eine vorteilhafte Weiterbildung für dauerhaft unbenutzte ID-Geber.