Verfahren zum Verifizieren eines vorgegebenen räumlichen Maximalabstands eines Funkschlüssels bezüglich eines Kraftfahr- zeugs sowie Steuervorrichtung, Kraftfahrzeug und Funkschlüssel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verifizieren, dass ein Abstand eines Funkschlüssels zu einem Kraftfahrzeug innerhalb eines vorgegebenen räumlichen Maximalabstands liegt. Zu der Erfindung gehören auch eine Steuervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, ein Kraftfahrzeug mit der Steuervorrichtung sowie ein Funkschlüssel.

Zum Autorisieren einer Person gegenüber einer Schließanlage eines Kraftfahrzeugs und/oder einer Wegfahrsperre des Kraft ^¬ fahrzeugs, kann die Person einen Funkschlüssel mit sich führen. Wird der Funkschlüssel innerhalb eines vorgegebenen Maximalab ^¬ stands zum Kraftfahrzeug oder sogar innerhalb des Kraftfahrzeugs erkannt und reagiert der Funkschlüssel auf ein sogenanntes Challenge-Signal (Herausforderungssignal) mit der korrekten

Antwort, so wird daraufhin das Kraftfahrzeug entriegelt und/oder die Wegfahrsperre, beispielsweise eine Motorsperre, aufgehoben.

Das Lokalisieren des Funkschlüssels erfolgt gemäß dem Stand der Technik auf der Grundlage zumindest eines niederfrequenten

Funksignals oder LF-Signals (LF - Low Frequency) , das bei einer Frequenz kleiner als zum Beispiel 200 kHz von jeweils einer Sendeantenne des Kraftfahrzeugs ausgesendet werden kann. Eine Feldstärke dieses LF-Signals weist einen Normwert auf. Der Funkschlüssel kann die Feldstärke des bei ihm eintreffenden

LF-Signals erfassen, woraus dann der Abstand des Funkschlüssels zu der zumindest einen Sendeantenne des Kraftfahrzeugs ermittelt werden kann. Bei mehreren Sendeantennen ist mittels Trilate- ration eine Erkennung der Relativposition des Funkschlüssels möglich. Ein solches System ist z.B. unter der Bezeichnung„PÄSE" (R) des Unternehmens Continental (R) bekannt. Bei der sogenannten Relais-Attacke (Relay Attack) wird einem Kraftfahrzeug die Nähe eines Funkschlüssels dadurch vorge ^¬ täuscht, dass zwischen dem Kraftfahrzeug und einem weit ent ^¬ fernten Funkschlüssel zwei Zwischensender betrieben werden, die jeweilige Funksignals des Kraftfahrzeugs und des Funkschlüssels an die jeweils andere Station weiterleiten, die diese dann wieder abstrahlt. Somit kann dem Funkschlüssel z.B. durch Weiterleiten des Challenge-Signals eine passende Antwort entlockt werden, die dann zum Manipulieren des Kraftfahrzeugs genutzt werden kann. Auch die Messung der Feldstärke eines LF-Signals kann hierdurch nachgestellt werden, ohne dass der Abstand der beiden Zwi ^¬ schenstationen zueinander dabei eine Rolle spielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abstand eines Funk- schlüsseis zu einem Kraftfahrzeug zuverlässig zu verifizieren.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patent ^¬ ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Be- Schreibung sowie die Figuren beschrieben.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt, mittels welchem verifiziert wird, dass ein Abstand eines Funkschlüssels bezüglich eines Kraftfahrzeugs kleiner als ein vorgegebener räumlicher Maximalabstand ist. Eine Steuervorrichtung sendet hierzu mittels einer Funkeinrichtung des Kraftfahrzeugs zu ^¬ mindest ein elektromagnetisches Signal an den Funkschlüssel aus und empfängt daraufhin ein jeweiliges elektromagnetisches Antwortsignal. Zu jedem ausgesendeten Funksignal wird also ein Antwortsignal erwartet oder empfangen. Zu jedem Funksignal wird dann jeweils auf der Grundlage des Funksignals selbst und des zugehörigen Antwortsignals mittels einer Signallaufzeitmessung eine jeweilige Signallaufzeit ermittelt. Für ein einzelnes Funksignal ergibt sich also ein einzelner Wert einer Signal- laufzeit, bei mehreren Funksignalen für jedes Funksignal jeweils ein Wert einer Signallaufzeit. Eine Signallaufzeitmessung korreliert das ausgesendete Funksignal mit dem eintreffenden Antwortsignal. Somit ist durch die Signallaufzeitmessung eine absolute Messung des Zeitversatzes zwischen dem ausgesendeten Funksignal und dem empfangenen Funksignal (Antwortsignal) gegeben. Hieran kann auch die zeitliche Verzögerung erkannt werden, die im Rahmen einer Relais-Attacke durch das Weiterleiten zwischen den beiden Zwischenstationen entstehen würde. Die

Signallaufzeitmessung geht dabei davon aus, dass das Antwort ^¬ signal von dem Funkschlüssel kommt, der das Antwortsignal in Abhängigkeit von dem Funksignal des Kraftfahrzeugs erzeugt, indem z.B. ein Teil des Funksignals zurückgesendet wird, um die Korrelation zwischen Funksignal und Antwortsignal zu ermög ^¬ lichen. Hierzu kann der Funkschlüssel z.B. einen Transceivers aufweisen und verwenden.

Für jede Signallaufzeit wird überprüft, ob durch die Signal- laufzeit ein vorbestimmtes Laufzeitkriterium verletzt ist. Das Laufzeitkriterium kann einen Maximalwert für die ermittelte Signallaufzeit vorgeben. Ist die ermittelte Signallaufzeit größer als dieser Maximalwert, so ist das Laufzeitkriterium verletzt. Bei verletztem Laufzeitkriterium wird eine Lauf- Zeitüberschreitung signalisiert.

Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass bei entsprechend ge ^¬ wähltem Laufzeitkriterium eine Relais-Attacke eine Laufzeit ^¬ überschreitung verursacht, die angezeigt oder erkannt wird, wodurch eine Manipulation auf der Grundlage einer Relais-Attacke erkannt wird. Ein entsprechendes Laufzeitkriterium kann auf der Grundlage einfacher Versuche ermittelt werden.

Zu der Erfindung gehören auch vorteilhafte Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.

Für eine zuverlässige Signallaufzeitmessung weist die Funkeinrichtung bevorzugt mehrere Transceiver auf, von denen jeder ein Funksignal aussenden und das zugehörige Antwortsignal empfangen kann. Die Steuervorrichtung ermittelt mittels einer Lokalisierungseinrichtung eine Relativposition des Funkschlüssels bezüglich des Kraftfahrzeugs. Auch eine Lage des Funkschlüs ^¬ sels innerhalb des Kraftfahrzeugs wird hierbei erkannt. In „

Abhängigkeit von der ermittelten Relativposition wählt die Steuervorrichtung zum Aussenden des zumindest einen Funksignals nur einen oder einige der Transceiver, also nicht alle Transceiver, aus und betreibt diese jeweils. Bevorzugt wird nur ein einziger oder es werden nur zwei oder drei oder vier Transceiver ausgewählt. Vorteil hierbei ist, dass der Funkschlüssel nur auf entsprechend wenige Funksignale oder auch nur auf ein einzelnes Funksignal mit dem Erzeugen eines Antwortsignals reagieren muss . Dies ist energieeffizient, was den Betrieb des Funkschlüssels angeht.

In Bezug auf die Frage, welcher Transceiver ausgewählt wird, ist vorgesehen, dass der jeweilige Transceiver anhand eines vorbe ^¬ stimmten Sichtkriteriums ausgewählt wird. Das Sichtkriterium fordert z.B. eine von Metall des Kraftfahrzeugs unverdeckte Sichtlinie zwischen dem jeweils ausgewählten Transceiver und dem Funkschlüssel. Die Signallaufzeitmessung wird hierdurch zuverlässig. Allgemein erfolgt mittels des Sichtkriteriums eine Zuordnung der durch die Lokalisierungseinrichtung signalisierten Relativposition des Funkschlüssels zu einer Auswahl eines Transceiver oder einiger Transceiver aus den insgesamt am Kraftfahrzeug bereitgestellten Transceivern . Beispielsweise kann durch die Lokalisierungseinrichtung als Angabe der Relativposition aus mehreren vorgegebenen Zonen eine Zone angegeben werden. Für jede Zone kann dann jeweils eine Auswahl eines oder einige der Transceiver festgelegt sein. Dies kann beispielsweise auf der Grundlage einer Tabelle erfolgen.

Zum Lokalisieren des Funkschlüssels kann die aus dem Stand der Technik bekannte Lokalisierung auf Grundlage zumindest eines LF-Signals mit einer Frequenz kleiner als 200 kHz verwendet werden ( PASE-System) . Dieses LF-Signal wird mit einer vorge ^¬ gebenen Feldstärke ausgesendet, und zwar jeweils ein LF-Signal mittels einer jeweiligen Sendeantenne der Lokalisierungsein- richtung. Aus dem Funkschlüssel empfängt die Lokalisierungs ^¬ einrichtung zu jedem LF-Signal einen Empfangsfeldstärkewert. Daraus kann dann die Relativposition des Funkschlüssels er ^¬ mittelt werden, um beispielsweise das Sichtkriterium zu überprüfen. Alternativ zum Empfangen von Empfangsfeldstärkewerten kann auch vorgesehen sein, dass die Auswertung im Funkschlüssel erfolgt und die Lokalisierungseinrichtung eine Positionsangabe aus dem Funkschlüssels empfängt. Die Weiter- bildung weist den Vorteil auf, dass ein aus dem Stand der Technik bekanntes Schließsystem mit Funkschlüssel genutzt werden kann, um den zumindest einen Transceiver für die Signallaufzeitmessung aus zuwählen . Ein geeignetes Funksignal für die Signallaufzeitmessung stellt ein UWB-Funksignal (UWB - Ultra Wide Band, Frequenzbereiche größer als 1 GHz, Bandbreite größer als 100 MHz) und/oder die Verwendung eines Bluetooth-Funksignals dar. Ein Funksignal des besagten jeweiligen Typs ermöglicht eine Ortsauflösung beim Ermitteln des Abstands des Funkschlüssels zum Kraftfahrzeug, die kleiner als 2 m, insbesondere kleiner als 1 m, ist.

Um das erfindungsgemäße Verfahren in einem Kraftfahrzeug durch ^¬ führen zu können, ist durch die Erfindung auch eine Steuervor- richtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Steuervor ^¬ richtung weist eine elektronische Schaltung auf, die dazu ein ^¬ gerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise als ein Steuergerät für das Kraftfahrzeug ausgestaltet sein. Die Steuervorrichtung kann auch als eine verteilte Schaltung ausgestaltet sein, um die Signallaufzeitmessung in oder an jedem Transceiver der Funkeinrichtung durchführen zu können.

Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, das die besagte Funkeinrichtung aufweist, die zumindest einen Transceiver zum Aussenden eines jeweiligen elektromagnetischen Funksignals und zum Empfangen eines jeweiligen elektromagnetischen Antwortsignals aufweist. Insbesondere ist die Funkeinrichtung dazu eingerichtet, als jeweiliges Funksignal ein UWB-Funksignal und/oder ein Bluetooth-Funksignal auszusenden und ein Signal desselben Signaltyps als Antwortsignal zu empfangen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung aus, die mit der Funkeinrichtung gekoppelt ist. Bevorzugt weist das Kraftfahrzeug auch eine Lokalisierungs ^¬ einrichtung zum Ermitteln eine Relativposition eines Funkschlüssels bezüglich des Kraftfahrzeugs auf. Hierdurch kann in der beschriebenen Weise durch die Steuervorrichtung ein einzelner Transceiver oder einige der insgesamt vorhandenen Transceiver für die Signallaufzeitmessung ausgewählt werden.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet .

Um die Signallaufzeitmessung durchführen zu können, ist als Gegenstück zu der Funkeinrichtung des Kraftfahrzeugs auch ein Funkschlüssel für ein Kraftfahrzeug nötig. Dieser ist durch die Erfindung ebenfalls bereitgestellt und weist eine aktive Trans- pondereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, mittels Energie aus einem Energiespeicher des Funkschlüssels, beispielsweise aus einer Batterie, ein elektromagnetisches Funksignal aus einer Umgebung zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Funksignal ein elektromagnetisches Antwortsignal in die Umgebung zurückzu- senden. Der Funkschlüssel ermöglicht es somit der Steuervor ^¬ richtung in dem Kraftfahrzeug, die besagte LaufZeitmessung durchzuführen .

Insbesondere ist die Transpondereinheit dazu eingerichtet, ein UWB-Funksignal und/oder ein Bluetooth-Funksignal in der be ^¬ schriebenen Weise zu empfangen und als Antwortsignal wieder zurückzusenden .

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung be- schrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine sche ^¬ matische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems aus einem Kraftfahrzeug und einem Funkschlüssel, die beide jeweils eine Ausführungsform der Erfindung darstellen. ^

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Last- kraftwagen handeln kann. In dem Beispiel kann sich ein Benutzer (nicht dargestellt) mit einem Funkschlüssel 11 dem Kraftfahrzeug 10 genähert haben. Beispielsweise durch Betätigung eines Tür ^¬ griffs 12 kann in an sich bekannter Weise durch ein Schließsystem 13 des Kraftfahrzeugs 10 eine Überprüfung des Funkschlüssels 11 ausgelöst werden.

Für die Überprüfung kann das Kraftfahrzeug 10 eine Lokali ^¬ sierungseinrichtung 14 aufweisen, die Antennen 15 zum Aussenden eines jeweiligen LF-Signals vorsehen kann. Durch die jeweilige Reichweite des LF-Signals jeder Antenne 15 können sich, wie in der Figur gezeigt, beispielsweise eine linke Zone 16, eine Innenraumzone 17, eine rechte Zone 18 und eine Heckzone 19 ergeben, der die Position des Funkschlüssels 11 jeweils zu ^¬ geordnet werden kann. In dem Funkschlüssel 11 können hierzu die jeweilige Empfangsfeldstärke jedes LF-Signals der Antennen 15 gemessen oder erfasst werden. Jede Zone 16, 17, 18, 19 re ^¬ präsentiert dann jeweils eine mögliche, durch die Lokalisie ^¬ rungseinrichtung 14 erkennbare Relativposition des Funkschlüssels 11 bezüglich des Kraftfahrzeugs 10.

Um zu verifizieren, dass Signale des Kraftfahrzeugs 10 und des Funkschlüssels 11 nicht mittels einer Relais-Attacke 20 wei ^¬ tergeleitet werden und es sich nicht um einen weit entfernten Funkschlüssel 11 ^λ handelt, kann das Kraftfahrzeug 10 zusätzlich eine Funkeinrichtung 21 aufweisen, die mehrere Transceiver 22, 23 zum jeweiligen Aussenden eines UWB-Funksignals und/oder Bluetooth-Funksignals und zum Empfangen eines korrespondie- renden oder korrelierten Antwortsignals aufweisen kann.

Mittels jedes Transceivers 22, 23 kann somit ein Funksignal an den Funkschlüssel 11 ausgesendet werden, zu welchem dieser mittels einer Transpondereinheit 24 ein Antwortsignal zurück- senden kann. Wegen der Problematik der Abschattung im Gigahertz-Sendebereich für die Funksignale durch das Kraftfahrzeug

10 selbst oder auch durch eine Person, werden bevorzugt für die Signallaufzeitmessung mehrerer der Transceiver 22, 23 am Kraftfahrzeug 10 bereitgestellt.

Sind aber nun im Kraftfahrzeug 10 mehrere UWB-Transceiver 22, 23 verbaut, so müsste der Funkschlüssel 10 für die Abstandsmessung theoretisch mit jedem dieser Transceiver nacheinander oder zeitlich verschränkt kommunizieren, um mit jedem Transceiver eine LaufZeitmessung durchzuführen. Da der Funkschlüssel 11 für die Kommunikation zur LaufZeitmessung einen höheren Strombedarf aufweist, als die Schlüsselbatterie 25 liefern kann, muss die Energie in geeigneter Weise sogar zwischen gepuffert werden, beispielsweise mittels Kondensatoren. Die Höhe der Energie- bedarf, desto höher sind dann auch die Bauteilkosten für den Funkschlüssel 11.

Bei dem Kraftfahrzeug 10 ist eine Möglichkeit gefunden, den Energiebedarf im Funkschlüssel 11 für die LaufZeitmessungen zu reduzieren. Es wird hierzu in dem Kraftfahrzeug 10 eine Ent ^¬ scheidung getroffen, mit welchen der Kraftfahrzeug 10 verbauten Transceiver 22, 23 aktuell die LaufZeitmessung zum Funkschlüssel

11 durchgeführt werden soll. Dies kann durch einen der Steuervorrichtung 26 erfolgen, die beispielsweise als ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs 10 ausge ^¬ staltet sein kann. Es wird nicht jeder Transceiver 22, 23 genutzt, sondern nur eine Auswahl aus Transceivern, im Beispiel die Transceiver 23, die dahingehend ausgewählt werden, dass sie abhängig von der Zone, in welcher der Funkschlüssel 11 lokalisiert wurde, ausgewählt werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich eine freie Sicht auf den Funkschlüssel 11 für das jeweilige elektromagnetische Funksignal des Transceivers 23 ergibt.

Das Kraftfahrzeug 10 kann hierzu das PASE-System, d.h. die Lokalisierungseinrichtung 14, über die der Funkschlüssel 11 am Kraftfahrzeug 10 in Bezug auf die jeweilige Zone 16, 17, 18, 19 lokalisiert werden kann.

Mittels UWB-SignallaufZeitmessung oder BLE-Signallaufzeit- messung (BLE - Bluetooth Low Energy) kann dann der Abstand des Funkschlüssels 11 zum Kraftfahrzeug 10 gemessen werden, um den Relais-Angriff 20 zum Entriegeln oder Starten des Kraftfahrzeugs

10 abzuwehren. In dem Kraftfahrzeug 10 wird also zunächst über die LF-Lokal- isierung der Lokalisierungseinrichtung 14 zum Beispiel bei 125 kHz (kleiner als 200 kHz) ermittelt, wo sich der Funkschlüssel

11 relativ zum Kraftfahrzeug 10 befindet. Bei dieser Lokali ^¬ sierung ist aber der mögliche Relais-Angriff 20 nicht berück- sichtigt. Um den Relais-Angriff 20 zu erkennen, wird die UWB/ BLE-LaufZeitmessung mit so wenig Transceivern 23 wie möglich durchgeführt, zumindest aber die Anzahl der verwendeten Trans ^¬ ceiver 23 kleiner als die Gesamtzahl der Transceiver 22, 23 gehalten .

Nach der LF-Lokalisierung wird entschieden, über welchen oder über welche der Transceiver 22, 23 die LaufZeitmessung durchgeführt werden soll. Wurde zum Beispiel der Funkschlüssel 11 im Innenraum lokalisiert ( Innenraumzone 17), so kann die Lauf- Zeitmessung vom/zum Schlüssel mit einem oder zwei Innenraum- Transceivern durchgeführt werden. Die Außenraum-Transceiver werden dann nicht benötigt. D.h. im Funkschlüssel 11 muss dann nur Energie für 2 statt der dargestellten 6 Transceiver 22, 23 und die Durchführung der LaufZeitmessung mit jedem davon gepuffert werden. Wurde der Funkschlüssel 11 im Außenraum zum Beispiel links lokalisiert (linke Zone 16, wie dargestellt) , wird die LaufZeitmessung vom/zum Schlüssel mit den beiden links am Kraftfahrzeug 10 angebrachten Transceivern 23 durchgeführt. Die Innenraum-Transceiver und die Außenraum-Transceiver an der gegenüberliegenden Fahrzeugseite des Kraftfahrzeugs 10 werden dann nicht benötigt, d.h. im Funkschlüssel 11 muss wieder nur Energie für 2 statt 6 LaufZeitmessungen gepuffert werden.

Durch die Verringerung der Anzahl der erforderlichen Laufzeitmessungen im Gigahertz-Bereich (UWB, BLE) wird im Funkschlüssel 11 weniger Energie zur LaufZeitmessung oder für die Laufzeitmessung benötigt. Die erforderlichen Energiepuffer können mit weniger und/oder kleineren Bauteilen realisiert werden. Dadurch kann der Funkschlüssel 11 kostengünstiger hergestellt werden.

Beispielsweise kann mittels der LaufZeitmessung erkannt werden, ob sich der Funkschlüssel innerhalb eines Maximalabstands MAX vom Kraftfahrzeug entfernt befindet . Der Wert von MAX kann beispiels ^¬ weise in einem Bereich von 1 m bis 3 m liegen. Ein solches Laufzeitkriterium 27 kann durch die Steuervorrichtung 26 überprüft werden, z.B. mittels eine MikroControllers oder einer Vergleichsschaltung (z.B. auf Basis eines Operationsverstär- kers) oder einer Vergleichslogik.

Liegt eine Relais-Attacke 20 vor, so ergibt sich ein Wert für die ermittelte Laufzeit, der größer als ein Schwellenwert ist. Dieser Schwellenwert ergibt sich für den vorgegebenen Wert von MAX. Die LaufZeitüberschreitung 28 kann durch die Steuervorrichtung 26 in dem Kraftfahrzeug 10 signalisiert werden.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine LF-Lokalsierung als Entscheidungsgrundlage dafür genutzt werden kann, über welche UWB-Transceiver kommuniziert werden soll. Bezugs zeichenliste

10 Kraftfahrzeug

11 Funkschlüssel

11 ^λ Weiter als MAX entfernter Funkschlüssel

12 Türgriff

13 SchließSystem

14 Lokalisierungseinrichtung

15 Sendeantenne

16 Linke Zone

17 Innenraumzone

18 Rechte Zone

19 Heckzone

20 Relais-Attacke

21 Funkeinrichtung

22 Transceiver

23 Ausgewählter Transceiver

24 Transpondereinheit

25 Energiespeieher

26 Steuervorrichtung

27 Laufzeitkriterium

28 LaufZeitüberschreitung

MAX Maximalabstand