专利名称：钥匙遥控器和在它与机动车侧控制设备间交换信号的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于激活机动车的解锁/上锁和/或启动/停车功能的钥匙遥控器。这种钥匙遥控器也经常被称为电子钥匙或ID发送器。此外本发明还涉及一种用于在这种钥匙遥控器与机动车侧控制设备之间交换信号的方法。
背景技术：
开始所述类型的钥匙遥控器通常具有与诸如微控制器之类的控制装置联接的代码装置以及发射和接收装置。尤其是该控制装置通过带有线圈机构的接收装置与机动车侧控制设备的天线线圈机构联接以进行无线通信。机动车侧控制设备的天线线圈机构与钥匙遥控器的接收线圈机构之间的信号传输典型地发生在LF频带内，例如125千赫。常规的钥匙遥控器也用于被动访问功能或被动启动功能。为了把信号从钥匙遥控器传输至机动车侧控制设备，钥匙遥控器通常包括在UHF频带内工作的发射器。相应的接收器与机动车侧控制设备联接。例如，在没有钥匙或被动访问机动车时，机动车侧控制设备通过天线线圈机构将IF频带内的唤醒信号传送到钥匙遥控器的线圈机构，随后钥匙遥控器通过其UHF发射器将其回送到机动车侧控制设备。在这个可以包括多个双方向信号交换的对话中，也发生代码交换。如果识别出授权进入的代码，则打开可以实现对机动车访问的锁。此外已知的钥匙遥控器还可以在汽车防盗框架内使用。为此，具有线圈机构的钥匙遥控器布置在机动车内部预定的地点，例如引入到相应的插口内。在机动车侧，在该插口处定位有另一线圈机构，该另一线圈机构向钥匙遥控器内的线圈机构传输信号，并再次接收由钥匙遥控器通过其线圈机构发出的应答信号。为了实现这种在处于预定定位中且彼此直接相邻布置的线圈之间的信号交换，应答器操作模式也是已知的，其中不但能首先从机动车侧的线圈向钥匙遥控器中的线圈机构传输信号，此外还能传输必需的能量，从而钥匙遥控器可以生成应答信号并在相反方向上传输该应答信号。这种将钥匙遥控器用于汽车防盗的已知的应用的缺点在于钥匙遥控器必须直接布置在机动车侧线圈机构附近，此外还必须包括一个确定的位置(定向)，由此才能使机动车侧控制设备与钥匙遥控器之间双方向的数据传输具有足够的质量。
发明内容
本发明的要解决的技术问题在于提供一种经改良的钥匙遥控器，该钥匙遥控器即使没有预定定位在预定位置中和直接在机动车侧控制设备的线圈机构附近，也可以与机动车侧控制设备进行通信。根据本发明，该技术问题通过具有权利要求1特征的钥匙遥控器解决。根据本发明的用于激活机动车的解锁/上锁和/或启动/停车功能的钥匙遥控器包括与控制装置联接的代码装置和与该控制装置联接的线圈机构，该线圈机构用于与机动车侧控制设备的天线线圈机构进行无线通信，其中，钥匙遥控器的线圈机构包括至少三个在三个空间方向上定向的线圈。在此，线圈的定向较少指其几何形状和取向，更多的是指其最大接收灵敏度的方向。这些线圈这样与控制装置联接，使得该控制装置在通过钥匙遥控器的线圈机构接收由机动车侧天线线圈机构发射的第一信号时可以确定线圈中的哪个以最大的接收场强接收了第一信号。在此，随后要从钥匙遥控器向机动车侧控制设备传送的第二信号由控制装置通过以最大接收场强接收了第一信号的那个线圈或那些线圈之一发射。要从钥匙遥控器向机动车侧控制设备传送的第二信号优选包括借助代码装置生成并显示授权的代码。本发明的要解决的技术问题还可以通过具有权利要求9的特征的方法解决。在根据本发明的用于在用于激活机动车的解锁/上锁和/或启动/停车功能的钥匙遥控器与机动车侧控制设备之间交换信号的方法中，其中钥匙遥控器具有与控制装置联接的代码装置和与该控制装置联接的线圈机构，该线圈机构用于与机动车侧控制设备的天线线圈机构进行无线通信，且其中钥匙遥控器的线圈机构包括至少三个在三个空间方向上定向的线圈， 首先从机动车侧控制设备的天线线圈机构发射第一信号。然后第一信号由钥匙遥控器的线圈机构接收，其中，由该控制装置测定所述至少三个线圈中哪个线圈以最大的信号强度接收了第一信号。随后从钥匙遥控器向机动车侧控制设备传送第二信号，其中，第二信号通过以最大信号强度接收了第一信号的那个线圈或那些线圈之一来发射。优选借助代码装置生成代码，并将其引入到第二信号中。本发明基于这种思想，即通过至少三个在不同空间方向上定向的线圈可以减少对机动车和钥匙遥控器之间的信号传输的方向依赖性或者说实现方向独立性。由此在所用电路的在其它方面可类比的发射功率和接收灵敏度下，可以相对于传统的只使用一个线圈的钥匙遥控器，扩大机动车侧的天线线圈机构与钥匙遥控器之间的距离，例如扩大到大约10 到15厘米的距离。因此，钥匙遥控器仅需要由其操作人员来停留在机动车侧天线线圈机构的空间附近，其中，钥匙遥控器的定向或定位只有很小的影响或不再有影响。机动车侧天线线圈机构例如可以布置在启动/停车按钮附近，从而操作人员可以将钥匙遥控器停留在该启动按钮前，其中，例如在第一信号和第二信号交换之后激活提示操作人员现在可以开始操作启动按钮的指示灯。在一种优选实施方式中，钥匙遥控器的特征在于，线圈机构包括三个在三个正交空间方向上定向的线圈。也就是说，最大灵敏度的方向位于所述三个相互垂直的空间方向中。不言而喻，这三个线圈在构造上不需要完全相互分开；也可能涉及具有多个抽头的线圈，所述多个抽头的线圈段相应成型。通过使用三个正交定向的线圈，利用最小数量的线圈绕组实现尽可能的方向独立性。在根据本发明的钥匙遥控器的一个优选实施方式中，第一信号的接收和第二信号的发射在与用于汽车防盗并与电子转向锁止装置ELV(Elektronische Lenkungsverriegelung)联接的控制设备对话的框架下进行。在这种钥匙遥控器的优选改进方案中，控制装置这样配置，使得该控制装置在通过三个正交定向的线圈接收在与用于控制对机动车的访问的机动车侧控制设备对话的框架下传送的唤醒信号之后，确定与这三个线圈的三个信号强度的中间值对应的值，从而在这个值的基础上可以估算机动车侧天线线圈机构与钥匙遥控器之间的距离。在该实施方式中，额外地将具有在三个空间方向上定向的线圈的线圈机构的优点充分利用于在无钥匙或被动的访问系统框架内的其它功能。基于三个接收信号计算出的中间值的方向独立性使得估算机动车侧天线线圈机构与钥匙遥控器之间的距离成为可能。这种距离估算例如可以在钥匙遥控器的控制装置内部实施，或者也可以在机动车侧由控制设备实施，其中，在后一种情况下由钥匙遥控器算出的中间值在另一信号传输框架下被传送到机动车侧控制设备。这种距离估算提高了访问系统的安全性，例如可以防止所谓的中继站攻击(Relay-Station-Attack)。在根据本发明的钥匙遥控器的一种优选改进方案中设计，钥匙遥控器具有储能器，该储能器这样与线圈机构联接，使得该储能器通过随第一信号传输并由线圈机构接收的能量来充电，并且该储能器这样与控制装置联接，使得所储存的能量被用于生成第二信号。例如使用电容器作为储能器。在这个优选的改进方案中，即使当钥匙遥控器的电池对于生成第二信号而言太弱时，也可以进行包括第一信号和第二信号的对话。钥匙遥控器优选作为用于与汽车防盗或ELV的机动车侧控制设备进行通信的应答器来工作。通过使用在三个方向上定向的线圈，总的来说可以不依赖于钥匙遥控器的定向来传输最大的能量量。因此选择具有最高接收场强的线圈作为发射线圈此外可以导致储存能量的最优化使用。此处需要指出的是，第二信号的传输在接收第一信号之后的这样短的时间内进行，使得可以由此出发，即钥匙遥控器基本保持其定向。在这种信号对话中发生的流程通常大大快于钥匙遥控器在其运行时的机械运动流程。本发明具有优点的和/或优选的改进方案的特征见从属权利要求。
下面借助附图中示出的优选实施例详细介绍本发明，其中图1是具有本发明钥匙遥控器的机动车侧控制设备的示意图。
具体实施例方式图1以示意图的形式示出了一种具有机动车侧控制设备1和钥匙遥控器2的设置。控制设备1被表示成唯一的方框。在一些实施方式中，控制设备1也可以包括布置在机动车内部不同地点的多个组件。控制设备例如控制多种功能，如电子转向锁止装置(ELV) 的汽车防盗，车门锁和后备箱盖锁的解锁或上锁以及发动机的启动和停止。在此，控制这些功能的控制单元可以布置在用于实施各自功能的组件内。因此，例如控制设备1的那个控制汽车防盗的部分就优选安装在转向柱附近的ELV组件内。图1还示出了一种经常也被称作电子钥匙或ID发送器的钥匙遥控器2。钥匙遥控器2通常由机动车的驾驶员或操作人员随身携带，例如放在衣服口袋中。钥匙遥控器2与机动车侧控制设备1进行无线通信，也就是，优选通过无线电信号。机动车侧控制设备1包括具有用于联接通信组件的不同接口 M-27的电子控制单元ECU 8 (ECU = Electronic Control Unit)。这些通信组件包括LF基站21，该LF基站21 通过全桥驱动器22与天线线圈10联接，以在LF频带内发射电磁波。LF基站21通过通用输入 / 输出 GIO 接口 ^(GIO = General Purpose Input/Output)与 ECU 8 相连。根据由 E⑶8通过GIO接口沈输出的信号，LF基站21借助全桥驱动器22通过天线线圈10生成 LF频带内待发射的调制信号。机动车侧控制设备1还包括125千赫LF驱动器23，该125千赫驱动器23 —方面以另一 GIO接口 27与ECU 8联接，另一方面与天线线圈10以及另外两个天线线圈11和12联接。根据由GIO接口 27输出的信号，该125千赫LF驱动器23生成通过天线线圈10、11 和12输出的调制LF信号。机动车侧控制设备1最后还包括具有UHF接收天线观的UHF接收器9。UHF接收器 9 通过GIO接口 M 和串行外设接口 SPI 接口 25 (SPI = Serial Peripheral Interface) 与ECU 8相连。钥匙遥控器2包括线圈机构4，该线圈机构4包括三个在三个相互正交空间方向上定向的线圈。这三个线圈的每一个都相对于钥匙遥控器2的外壳在预定的方向上定向，其中该方向表示线圈具有最大接收灵敏度的那个空间方向。如果在一个特定方向上取向的电磁信号施加到钥匙遥控器2上，则该电磁信号在三个线圈的每一个中都生成接收信号，其中三个接收信号的信号强度取决于刚接收的信号的电磁场内钥匙遥控器的各自定向。线圈机构4的三个线圈相互正交的取向使得在由任意方向施加的信号的情况下都一直通过所述三个线圈中的至少一个线圈保证足够的接收。线圈机构4与控制单元3联接。该控制单元3包括微控制器16、与所述微控制器联接并用于为该微控制器16储存编程数据的EEPR0M17、汽车防盗控制装置18、代码装置19 和三维(3D)唤醒接收器20。此外钥匙遥控器2还包括具有UHF发射天线四的UHF发射器 5。UHF发射器5通过双向总线与控制单元3联接。最后钥匙遥控器2还包括电源6，特别是电池。此外与控制单元3还联接有信号显示LED 7。下面介绍该钥匙遥控器的若干功能。当驾驶员希望使用钥匙遥控器2用于解除汽车防盗时，他可以使钥匙遥控器2近距离(例如至多10厘米)地停留在与机动车侧控制设备联接的发射线圈10前。发射线圈 10例如布置在启动/停车键控器的附近和/或ELV组件内。然后在机动车侧控制设备1与钥匙遥控器2之间发起无线通信。E⑶8通过接口沈指示具有全桥驱动器22的LF基站21 在LF频带内通过天线线圈10发送预定信号。这个信号施加到钥匙遥控器2的线圈机构4 上，其中，根据钥匙遥控器2的空间定向，所述三个线圈输出强度不同的接收信号。控制单元3接收线圈机构4的接收信号，并利用微控制器16将其转发到汽车防盗控制装置18。在此，控制单元3识别出这是关于汽车防盗的询问信号。此外控制装置3检测线圈机构4的三个线圈的哪个/哪些线圈以最大接收场强接收了由天线线圈10发射的信号。由微控制器储存相应的信息。然后微控制器16结合汽车防盗控制装置18和代码装置19生成应答信号， 该应答信号应该回传到机动车侧控制设备1。这个信号包括鉴定钥匙遥控器2的代码，对该代码的识别然后应使得控制设备解除汽车防盗或解锁转向锁止。机动车侧控制设备1的天线线圈10与钥匙遥控器2的线圈机构4之间在LF频带内的信号交换通过双箭头13表示。 控制单元3不但形成应答信号，它还决定该信号应该通过线圈机构4的三个线圈中的哪个 /哪些线圈回传至控制设备。在此，控制逻辑的出发点在于，假设在接收该信号与计划发射应答信号之间很短的时间段内钥匙遥控器2没有发生位置变动或只有轻微的位置变动。基于这个原因，控制单元3决定应答信号通过之前以最大接收场强接收所述接收信号的那个线圈发射。由此可以保证尽可能多份额的发送信号也抵达天线线圈10。由天线线圈10接收的信号被再次导向LF基站21并且信号内容通过GIO接口沈转发到E⑶8，该E⑶8评估该信号，且在代码正确时释放转向锁止，并由此解除汽车防盗。处理接收信号、生成应答信号和通过线圈机构4的选定线圈发射应答信号所必需的能量可以从电池6获得。如果对此而言这个电池太弱，则可以这样设置，使钥匙遥控器2 包括另一储能器，特别是电容器，该储能器通过在由天线线圈10向线圈机构4传送信号时所传输的能量来充电。为了尽可能多地利用这些能量，线圈机构4的全部三个接收线圈的能量都用于为储能器或电容器充电。显示LED 7例如被用来为操作人员显示何时已接收足够的能量，从而可以引入发射应答信号所必需的步骤。为此操作人员将钥匙遥控器停留在天线线圈10的附近。一旦LED 7被接通，使用者就知道他可以解除汽车防盗并发起启动进程了。于是他例如操作与机动车侧控制设备1联接的启动按钮。然后在LF频带内发生上述通信。另外具有优点的是，具有在三个空间方向上定向的线圈的线圈机构4可以被用于经改良的无钥匙的或被动的进入系统。当携带钥匙遥控器2的驾驶员位于机动车外部时， 该被动的进入功能(passive entry)通常通过唤醒信号被发起，该唤醒信号由与机动车侧控制设备1联接的天线线圈发射。在传统的只有一个为此设置的接收线圈的钥匙遥控器中，在接收唤醒信号时的接收强度不仅取决于天线线圈与钥匙遥控器之间的距离，而且还取决于钥匙遥控器的随机定向。因此在传统的钥匙遥控器中不能基于接收的信号强度估算钥匙遥控器距离天线线圈有多远。在根据本发明的钥匙遥控器2中，可以由线圈机构4的三个线圈的三个信号接收强度中导出允许估算机动车侧天线线圈与钥匙遥控器2之间距离的中间值(或总值)。为了这个目的，在控制单元3中设置3D唤醒接收器20，该3D唤醒接收器20不仅用于接收由机动车侧控制设备发出的唤醒信号，而且还允许估算与机动车之间的距离。借助于这种可能性，可以提高进入的安全性。因此，例如只有当钥匙遥控器2 中对唤醒信号的评估得出钥匙遥控器直接位于机动车附近的结论时，才能进行由该唤醒信号导致的用于获得访问授权的对话。在图1示出的实施方式中，用于汽车防盗的发射天线线圈10以及另外两个发射天线线圈11和12还被用于无钥匙或被动的启动系统。如上所述，天线线圈10直接位于启动按钮附近。所述另外两个天线线圈11和12布置在机动车内的合适部位，从而可以从由三个天线线圈10、11和12顺序发射的信号在该钥匙遥控器2侧的接收信号强度中得到关于钥匙遥控器2在机动车内部空间中当时的停留地点的结论。这里也可以证明具有在三个空间方向上定向的线圈的线圈机构4具有优越性，因为该线圈机构4允许不依赖于空间内钥匙遥控器的各个定向地来估算从钥匙遥控器到每个天线线圈10、11和12的距离。基于估算的由钥匙遥控器2到三个天线线圈10、11和12的距离可以确定停留地点。如果钥匙遥控器2位于机动车内部的预定空间内，例如在驾驶员座位上方的空间内，则释放启动系统， 即启动发动机。否则阻止发动机启动。
权利要求
1.用于激活机动车的解锁/上锁和/或启动/停车功能的钥匙遥控器O)，包括 与控制装置(16-18、20)联接的代码装置(19)和与所述控制装置(16-18、20)联接的线圈机构G)，该线圈机构(4)用于与机动车侧控制设备(1)的天线线圈机构(10-12)进行无线通信，其中，所述钥匙遥控器O)的线圈机构(4)包括至少三个在三个空间方向上定向的线圈，其中，所述线圈这样与所述控制装置(16-18、20)联接，使得所述控制装置能够在通过所述钥匙遥控器⑵的线圈机构⑷接收由机动车侧天线线圈机构(10-12)发射的第一信号时确定所述线圈中的哪个以最大的接收场强接收了所述第一信号，其中，随后要从所述钥匙遥控器O)向所述机动车侧控制设备(1)传送的第二信号由所述控制装置(16-18、20)通过以最大接收场强接收了所述第一信号的那个线圈或那些线圈之一发射。
2.根据权利要求1所述的钥匙遥控器，其特征在于，所述要从所述钥匙遥控器(2)向所述机动车侧控制设备(1)传送的第二信号包括借助代码装置(19)生成的代码。
3.根据权利要求1或2所述的钥匙遥控器，其特征在于，所述钥匙遥控器(2)的线圈机构(4)包括三个在三个正交空间方向上定向的线圈。
4.根据权利要求3所述的钥匙遥控器，其特征在于，所述第一信号的接收和所述第二信号的发射在与用于汽车防盗并与电子转向锁止装置联接的控制设备对话的框架下发生。
5.根据权利要求4所述的钥匙遥控器，其特征在于，所述控制装置(16-18、20)这样配置，使得所述控制装置在通过所述三个线圈接收在与用于控制对所述机动车的访问的机动车侧控制设备对话的框架下传送的唤醒信号之后，确定与这三个线圈的三个信号强度的中间值对应的值，从而能够在这个值的基础上估算所述机动车侧天线线圈机构(10-12)与所述钥匙遥控器(2)之间的距离。
6.根据权利要求1-5之一所述的钥匙遥控器，其特征在于，所述第一信号和所述第二信号在LF频带内发射。
7.根据权利要求1-6之一所述的钥匙遥控器，其特征在于，所述钥匙遥控器( 具有储能器，所述储能器这样与所述线圈机构联接，使得所述储能器通过随所述第一信号传输并由所述线圈机构接收的能量来充电，并且所述储能器这样与所述控制装置(16-18、20)联接，使得所储存的能量被用于生成所述第二信号。
8.根据权利要求7所述的钥匙遥控器，其特征在于，所述钥匙遥控器(2)构造为用于与汽车防盗的机动车侧控制设备进行通信的应答器。
9.用于在激活机动车的解锁/上锁和/或启动/停车功能的钥匙遥控器与机动车侧控制设备之间交换信号的方法，其中，所述钥匙遥控器具有与控制装置联接的代码装置和与所述控制装置联接的线圈机构，所述线圈机构用于与所述机动车侧控制设备的天线线圈机构进行无线通信，并且其中，所述钥匙遥控器的线圈机构包括至少三个在三个空间方向上定向的线圈，其中由所述机动车侧控制设备的天线线圈机构来发射第一信号，由所述钥匙遥控器的线圈机构来接收所述第一信号，其中，由所述控制装置来测定所述至少三个线圈中哪个线圈以最大的信号强度接收了所述第一信号，并且随后从所述钥匙遥控器向所述机动车侧控制设备传送第二信号，其中，将所述第二信号通过以最大接收场强接收了所述第一信号的那个线圈或那些线圈之一发射。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，借助所述代码装置生成代码，并将所述代码引入到所述第二信号中。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述第一信号的接收和所述第二信号的发射在与用于汽车防盗并与电子转向锁止装置联接的控制设备对话的框架下进行。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述钥匙遥控器位于所述机动车外部时，所述线圈机构在与用于控制对所述机动车的访问的机动车侧控制设备对话的框架下交换其它信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述其它信号包括由所述机动车侧天线线圈机构发射的唤醒信号，所述钥匙遥控器的线圈机构包括三个在三个正交空间方向上定向的线圈，并且由所述控制装置在通过所述三个线圈接收所述唤醒信号之后，确定与所述三个线圈的三个信号强度的中间值对应的值，其中，在这个值的基础上估算所述机动车侧天线线圈机构与所述钥匙遥控器之间的距离。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述钥匙遥控器位于所述机动车内部时，所述线圈机构在与用于控制机动车发动机启动的机动车侧控制设备对话的框架下交换其它信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述机动车侧天线线圈机构具有一个用于在与所述用于汽车防盗并与电子转向锁止装置联接的控制设备对话的框架下发射所述第一信号和接收所述第二信号的天线线圈和至少两个其它天线线圈，其中，由全部天线线圈在与用于控制发动机启动的机动车侧控制设备对话的框架下发射其它信号。
16.根据权利要求9-15之一所述的方法，其特征在于，将所述第一信号和所述第二信号在LF频带内发射。
17.根据权利要求9-16之一所述的方法，其特征在于，将所述钥匙遥控器的与所述线圈机构联接的储能器通过随所述第一信号传输并由所述线圈机构接收的能量来充电，并且将所储存的能量用于生成所述第二信号。
全文摘要
一种用于激活机动车的解锁/上锁和/或启动/停车功能的钥匙遥控器(2)，包括与控制装置(16-18，20)联接的代码装置(19)和与该控制装置联接的线圈机构(4)，该线圈机构用于与机动车侧控制设备(1)的天线线圈机构(10-12)进行无线通信。所述线圈机构(4)包括至少三个在三个空间方向上定向的线圈。这些线圈这样与控制装置(16-18，20)联接，使得该控制装置可以在通过线圈机构(4)接收由机动车侧天线线圈机构(10-12)发出的第一信号时确定线圈中的哪个以最大的接收场强接收了第一信号。随后要从钥匙遥控器(2)向机动车侧控制设备(1)传送的第二信号由控制装置通过以最大接收场强接收了第一信号的那个线圈或那些线圈之一发射。
文档编号H04B17/00GK102363422SQ20111018369
公开日2012年2月29日 申请日期2011年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者博里斯·齐勒尔 申请人:胡夫·许尔斯贝克和福斯特有限及两合公司