DE19748327A1 - Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem eines Kraftfahrzeugs. Solche Antennenvorrichtungen werden dazu benutzt, codierte Informa­ tionen eines Codegebers drahtlos zu empfangen und zur Über­ prüfung ihrer Berechtigung an eine Steuereinheit weiterzulei­ ten.

Eine bekannte Antennenvorrichtung (DE 195 42 441 A1) weist mehrere Spulen als Sende- und Empfangsantenne auf, die im Kraftfahrzeug verteilt angeordnet sind. Über die Sende- und Empfangsantenne wird ein Fragesignal ausgesendet, daß von ei­ nem tragbaren Transponder empfangen wird. Der Transponder antwortet daraufhin mit einem Antwortsignal, in dem eine co­ dierte Information enthalten ist. Die codierte Information wird in einer Steuereinheit ausgewertet, in dem sie mit einer erwarteten Sollinformation verglichen wird. Bei Übereinstim­ mung der beiden Informationen wird ein Freigabesignal er­ zeugt, durch das Türschlösser ver- oder entriegelt oder eine Wegfahrsperre des Kraftfahrzeugs gelöst wird.

Die Signale werden dabei induktiv mit Hilfe eines Magnetfel­ des übertragen. Solche Magnetfelder haben jedoch eine räum­ lich begrenzte Reichweite, so daß nicht jeder Winkel inner­ halb des Kraftfahrzeugs und unmittelbar um das Kraftfahrzeug herum mit dem Magnetfeld mit genügend großer Feldstärke durchsetzt werden kann. Die Orte, in denen die Magnetfeld­ stärke zu gering ist, werden als sogenannte Nullstellen be­ zeichnet. Wenn sich der tragbare Transponder in einer solchen Nullstelle befindet, so empfängt er kein Fragesignal von der Sende- und Empfangsantenne. Da die vom Transponder ausgesen­ deten Signale ihrerseits nur eine geringe Reichweite aufwei­ sen, kann von der Sende- und Empfangsantenne auch kein Ant­ wortsignal empfangen werden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Antennenvor­ richtung für ein Diebstahlschutzsystem zu schaffen, mit der - weitgehend unabhängig vom Ort eines Codegebers - sicher Si­ gnale an den Codegeber gesendet und von diesem empfangen wer­ den können, sobald sich der Codegeber in der Nähe der Anten­ nenvorrichtung befindet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Dabei weist eine Antennenvorrichtung ein magnetisches Koppelelement auf, das über eine Leitung mit einer Sekundärspule verbunden ist. Das magnetische Koppelele­ ment ist mit einer Sende- und Empfangsantenne magnetisch ge­ koppelt und leitet Signale von der Sende- und Empfangsantenne zu der Sekundärspule oder umgekehrt. Das Koppelelement und die Sekundärspule müssen dabei nicht galvanisch mit der Sen­ de- und Empfangsantenne verbunden sein. Somit können diese unabhängig von vorhandenen Leitungen oder einem Kabelbaum verlegt werden. Außerdem sind solche Koppelelemente mit ange­ schlossener Sekundärspule einfach an fast jeder beliebigen Stelle anzubringen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet. So können mehrere Sekundärspu­ len mit einem einzigen Koppelelement verbunden sein. Die Se­ kundärspulen lassen sich somit dicht verteilt in einem be­ grenzten Bereich anbringen. Die Sekundärspulen können dabei in der Fahrertür, in der Beifahrertür, im Fahrzeugdach, im Fahrzeugboden, Heckdeckel, im Stoßfänger, in den Fahrzeugsit­ zen, im Armaturenbrett usw. angeordnet sein. Da die Sekundär­ spulen relativ klein ausgebildet sein können, sind sie weit­ gehend unabhängig vom Einbauort. Wenn die Leitung zwischen dem Koppelelement und der Sekundärspule als verdrillte Zwei­ drahtleitung realisiert ist, so werden die Leistungsverluste der Signale, die über die Leitung übertragen werden, sehr ge­ ring.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung für ein Diebstahlschutzsystem, die in ein Fahrzeug eingebaut ist und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Antennenvorrichtung nach Fig. 1.

Eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem, ist vorzugsweise in einem Kraft­ fahrzeug 1 (Fig. 1) angeordnet. Sie weist mehrere Sende- und Empfangsantennen auf, die in Form von Spulen ausgebildet sind. Daher werden die Sende- und Empfangsantennen im folgen­ den als Primärspulen 2 (2', 2'', 2''', 2'''') bezeichnet. Beim Senden von Signalen wird durch jede Primärspule 2 ein Wechselmagnetfeld (im folgenden als Primärfeld bezeichnet) aufgebaut, das in einer in dem Magnetfeld befindlichen weite­ ren Transponderspule 3 eines Transponders 4 (vgl. Fig. 2) eine entsprechende Wechselspannung induziert. Auf diese Weise findet eine induktive Übertragung von Daten oder Energie von der Primärspule 2 zu dem Transponder 4 statt.

Je eine Primärspulen 2 ist - bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - in der Fahrertür 5, der Beifahrertür 6, der Hutab­ lage 7 und dem Heckdeckel 8 angeordnet. Über das Primärfeld werden Signale (Daten oder Energie) induktiv ausgesendet. Um­ gekehrt wird in der Primärspule 2 eine Spannung induziert, wenn die Transponderspule 3 ein Magnetfeld erzeugt, innerhalb dessen Reichweite die Primärspule 2 angeordnet ist. Somit werden Daten oder Energie von der Primärspule 2 induktiv emp­ fangen.

Die Primärspulen 2 sind dabei über eine bidirektionale End­ stufe 9 (vgl. Fig. 2) mit einer zentral angeordneten Steuer­ einheit 10 verbunden. Da die induktive Übertragungen von Si­ gnalen bereits hinreichend bekannt ist, wird hierauf nicht mehr näher eingegangen.

Falls Zugang zu dem Kraftfahrzeug 1 gewünscht wird, so wird - beispielsweise nach Betätigen eines Türgriffs an der Fahrer­ tür 5 - ein Fragesignal über eine der Primärspulen 2 oder mehrere Primärspulen 2 ausgesendet. Falls der Transponder 4 das Fragesignal empfängt, so sendet er eine codierte Informa­ tion in einem Antwortsignal zurück. Das von den Primärspulen 2 empfangene Antwortsignal wird an die Steuereinheit 10 wei­ tergeleitet und dort ausgewertet.

Um die Berechtigung des Transponders 4 festzustellen (dies wird auch als Authentifikation bezeichnet), wird die in dem Antwortsignal enthaltene codierte Information mit einer er­ warteten Sollinformation verglichen. Bei Übereinstimmung der beiden Informationen wird ein Freigabesignal erzeugt, durch das nicht explizit dargestellte Verriegelungselemente, wie Türschlösser entriegelt werden.

Eine nähere Beschreibung der Primärspulen 2 und der Art und Weise der Authentifikation sind in der Offenlegungsschrift DE 195 42 441 A1 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird.

Damit der gesamte Innenraum und auch der unmittelbare Raum um das Fahrzeug (dies entspricht dem möglichen Aufenthaltsort des von einem Benutzer mitgeführten Transponders 4, falls der Benutzer das Kraftfahrzeug benutzen möchte) mit einer ausrei­ chenden Magnetfeldstärke durchsetzt wird, sind erfindungsge­ mäß magnetische Koppelelemente 11 vorgesehen, die über eine Leitung 12 mit einer Sekundärspule 13 verbunden sind. Die Koppelelemente 11 sind magnetisch mit einer der Primärspulen 2 gekoppelt. Somit werden die Signale von einer Primärspule 2 über die Koppelelemente 11 und über eine oder mehrere Leitun­ gen 12 zu einer oder mehreren Sekundärspulen 13 weitergelei­ tet und umgekehrt.

Infolgedessen wird auch ein Magnetfeld um die Sekundärspule 13 (im folgenden als Sekundärfeld bezeichnet) aufgebaut. Wenn die Sekundärspulen 13 in Bereichen angeordnet sind, in denen das Primärfeld nicht oder nur mit zu geringer Feldstärke/In­ tensität vorhanden ist, so können in diesen Bereichen mittels der Sekundärfelder Signale zu Transpondern gesendet werden, die sich in diesen Bereichen befinden (für den Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1 ist dies in der Fig. 1 dargestellt).

Umgekehrt können über die Sekundärspulen 13 Signale von dem Transponder 4 empfangen werden, falls er sich in einem dieser Bereiche befindet. Statt der Transponder 4 können auch Sender oder Codegeber verwendet werden, die Signale zu der Primär­ spule 2 induktiv senden sollen, jedoch selbst keine Signale empfangen können.

Mit dem Sekundärfeld kann zusammen mit dem Primärfeld ein gleichmäßiger und durchgängiger Fangbereich 14 mit Einzel­ fangbereichen 14', 14'', 14''', usw. geschaffen werden, der möglichst wenige Lücken, d. h. Nullstellen aufweist. Der Fang­ bereich 14 wird dabei durch die Reichweite definiert, d. h. durch den Bereich des Magnetfeldes, in dem die Intensität noch über einem minimalen Schwellwert liegt. Die Fangbereiche 14 der dargestellten Primärspulen 2 und der dargestellten Se­ kundärspulen 13 sind in der Fig. 1 mit markierten Linien dargestellt.

Jedes Koppelelemente 11 ist - wie in Fig. 2 dargestellt - in der Nähe einer Primärspule 2 angeordnet. Wichtig ist, daß die Koppelelemente 11 innerhalb des Primärfeldes angeordnet sind, da ansonsten keine Signalübertragung stattfinden kann.

Die Koppelelemente 11 sind vorzugsweise als Spulen ausgebil­ det. Falls dann die Windungsdurchmesser der Primärspule 2 und der Spule des Koppelelements 11 gleich groß sind, so können die beiden als eine Einheit gefertigt und am Anbringungsort verlegt werden.

Die Primärspulen 2 können dann je nach Bedarf im Kraftfahr­ zeug 1 derart befestigt werden, daß weitgehend der gesamte Innenraum von dem Primärfeld und dem Sekundärfeld durchdrun­ gen wird. Durch Anbringen der Sekundärspulen 13 an geeigneten Stellen, kann durch die Sekundärfelder zusammen mit dem Pri­ märfeld ein durchgängiges und lückenloses Magnetfeld im Inne­ ren des Kraftfahrzeugs 1 entstehen. Ein Benutzer kann somit seinen Transponder 4 an beliebiger Stelle im Kraftfahrzeug 1 ablegen. Der Transponder 4 kann infolgedessen immer sicher mit dem Fragesignal angesprochen werden und sein Antwortsi­ gnal zurücksenden. Auch wenn sich der Benutzer dem Kraftfahr­ zeug nähert, so kann er den Transponder 4 in einer Hemdta­ sche, einer Hosentasche oder in einer Handtasche tragen. Selbst wenn er die Tasche abstellt, kann der darin befindli­ che Transponder 4 angesprochen werden, solange eine Sekundär­ spule 13 im Fußbereich bei der Fahrertür 5 angeordnet ist.

Die Sekundärspule 13 erzeugt zusammen mit dem Koppelelement 11 eine einfache Erweiterung des Primärfeldes. Die Sekundär­ spulen 13 können einfach befestigt und in ihrer Größe ent­ sprechend geformt ausgebildet werden. Die Sekundärspulen 13 können in der Fahrertür 5, in der Beifahrertür 6, im Fahr­ zeugdach oder im Fahrzeugboden, im Heckdeckel 8 oder im Stoß­ fänger in der Fahrzeugkarosserie angeordnet sein. Die Sekun­ därspulen 13 können auch beliebig im Fahrzeuginneren, bei­ spielsweise in den Fahrzeugsitzen, am Armaturenbrett, an der Mittelablage oder an der Hutablage 7 befestigt sein.

Die Sekundärspule 13 ist vorzugsweise durch eine einfach ver­ legbare, flexible Leitung 12 mit dem Koppelelement 11 verbun­ den. Somit können die Leitung 12 und die Sekundärspule 13 einfach und in jede Ecke des Kraftfahrzeugs 1 montiert wer­ den.

Vorteilhafterweise ist die Leitung 12 als verdrillte Zwei­ drahtleitung ausgebildet. Dadurch sind Leitungsverluste (geringe Dämpfung) klein und in der Nähe befindliche elektri­ sche Einrichtungen werden weniger elektromagnetisch gestört. Die Leitung 12 kann auch als Kabel oder sonstige galvanische Verbindungen realisiert sein.

Von dem Koppelelement 11 können mehrere Leitungen 12 parallel zu jeweils einer Sekundärspule 13 führen. Somit kann um das Primärfeld ein zusätzliches, weit ausgedehntes Sekundärfeld oder viele kleine Sekundärfelder entstehen.

Da die magnetische Kopplung von der Primärspule 2 zu der Se­ kundärspule 13 verlustbehaftet ist, ist die Intensität des Sekundärfeldes durchaus kleiner als die des Primärfeldes. Al­ lerdings kann das Sekundärfeld gezielt an Orten angebracht werden, in deren unmittelbarer Umgebung sich der Transponder 4 unter Umständen befinden kann und deren Umgebung gerade nicht von dem Primärfeld durchsetzt ist.

Das Koppelelement 11 ist dabei lediglich ein Bindeglied zu der Primärspule 2 und erhält seine Signale induktiv von der Primärspule 2 und gibt sie an die Sekundärspule 13 weiter oder sie erhält Signale von der Sekundärspule 13 und gibt sie induktiv an die Primärspule 2 weiter. Durch die Sekundärspu­ len 13 wird die räumliche Reichweite verändert und das gesam­ te effektive Magnetfeld räumlich vergrößert. Selbst die ent­ legensten Bereiche innerhalb eines Raumes können mit dem Se­ kundärfeld durchsetzt werden, dessen Magnetfeldstärke noch genügend groß sein muß, um in der Transponderspule 3 noch ei­ ne genügend große Spannung zu induzieren.

Jeder Primärspule 2 können mehrere Koppelelemente 11 zugeord­ net sein, solange alle Koppelelemente 11 gut mit der Primär­ spule 2 magnetisch gekoppelt sind. Ebenso können jedem Koppe­ lelement 11 mehrere Sekundärspulen 13 zugeordnet sein, die über die Leitungen 12 mit dem Koppelelement 11 verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung kann nicht nur für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, sondern überall dort, wo Signale induktiv ausgesendet und empfangen werden sowie eine Erweiterung des Magnetfeldes auf einfache Weise gewünscht wird. Durch das Koppelelement 11, das mit der Sekundärspule 13 über die Leitung 12 verbunden ist, ergibt sich eine einfa­ che Möglichkeit, das Magnetfeld der Primärspule 2 quasi zu vergrößern. Eine solche Vergrößerung oder Erweiterung des Ma­ gnetfeldes ist dabei unabhängig von einem ohnehin verlegten Kabelbaum oder von einer vorhandenen Leitungsinstallation, die eine elektrische Verbindung zwischen der Steuereinheit 10 und den einzelnen Primärspulen 2 herstellt. Da die Sekundär­ spulen 13 sehr klein ausgebildet werden können, ist es ein­ fach, diese an jedem beliebigen Ort anzubringen. Die Sekun­ därspulen 13 können dabei durch bekannte Maßnahmen an ihrem Anbringungsort befestigt (z. B. durch Kleben) werden.

Wenn die Sekundärspulen 13 an der Karosserie eines Kraftfahr­ zeugs 1 befestigt werden, so kann der unmittelbare Nahbereich um das Kraftfahrzeug 1 einerseits von dem gesamten Primärfeld und andererseits von dem gesamten Sekundärfeld lückenlos durchsetzt werden. Somit wird sichergestellt, daß - unabhän­ gig von der Lage des Transponders 4 in der Nähe des Kraft­ fahrzeugs 1 - dieser sicher Signale empfangen und zurücksen­ den kann.

Bei der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung ist eine er­ folgreiche Authentifikation weitgehend unabhängig von der La­ ge und der Orientierung der Transponderspule 3. Mit den Se­ kundärspulen 13 kann ein räumliches Sekundärfeld geschaffen werden, das Magnetfeldkomponenten in jeder Raumrichtung auf­ weist, so daß sicher eine Spannung induziert wird, deren Höhe ja bekanntlich von der Winkellage der Windungsfläche zu den Magnetfeldkomponenten abhängt.

Durch das magnetische Einkoppeln des Primärfeldes kann über das Koppelelement 11, die Leitung 10 und die Sekundärspule 13 ein Sekundärfeld erzeugen werden, das durch das verteilte An­ bringen der Sekundärspulen 13 gezielt in entfernten Bereichen wirken kann, in denen das Primärfeld nicht mehr wirkt. Die Sekundärspule 13 läßt sich zusammen mit der Leitung 10 an fast jeden Anbringungsort sehr einfach verlegen.

Claims (5)

1. Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Diebstahlschutz­ system eines Kraftfahrzeugs (1), die zumindest eine ein Ma­ gnetfeld erzeugende Primärspule (2) aufweist, die von einer Steuereinheit (10) zum Senden und zum Empfangen von Signalen gesteuert wird,
gekennzeichnet durch

• - ein magnetisches Koppelelement (11), das in der Nähe der Primärspule (2) angeordnet ist und das mit dieser magne­ tisch gekoppelt ist, wodurch die Signale von der Primärspu­ le (2) zu dem Koppelelement (11) und umgekehrt induktiv übertragen werden, und durch
• - eine Sekundärspule (13), die über eine Leitung (12) mit dem Koppelelement (11) verbunden ist und über die Signale aus­ gesendet und/oder empfangen werden.

2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Koppelelement (11) mit mehreren Sekundärspulen (13) über Leitungen (12) verbunden ist, wobei die Sekundär­ spulen (13) räumlich verteilt angeordnet sind.

3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine oder mehrere Sekundärspulen (13) in der Fahrer­ tür (5), in der Beifahrertür (6), im Fahrzeugdach, im Fahr­ zeugboden, im Heckdeckel (8), im Stoßfänger und/oder im Fahr­ zeuginneren angeordnet sind.

4. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leitung (10) eine verdrillte Zweidrahtleitung ist.

5. Antennenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kraftfahrzeug (1) angeordnet ist und von der Steuereinheit (10) gesteuert ein Fragesignal zu einem Codegeber (4) aussendet, daß sie daraufhin ein Antwortsignal von dem Codegeber (4) empfängt, in dem eine codierte Information enthalten ist, daß die co­ dierte Information zu der Steuereinheit (10) weitergeleitet wird, wo die empfangene Information mit einer Sollinformation verglichen wird und daß bei Übereinstimmung ein Freigabesi­ gnal erzeugt wird, durch das eine Verriegelungseinheit ver- oder entriegelt wird.