Systeme für den Fahrzeugzugang

Melexis

Die ersten Fahrzeugzugangssysteme waren ausschließlich mechanische Vorrichtungen, die lediglich als Diebstahlsicherung dienten. Mikroelektronik und HF-Technologie verbesserten die Sicherheitsfunktionen und sorgten für neue Möglichkeiten wie das Aktivieren von Sicherheitsalarmen, die Vorwahl individueller, auf den Fahrer abgestimmter Einstellungen und sogar das automatische Schließen geöffneter Fenster. Derzeit haben die meisten Fahrzeuge schlüssellose Funkfernbedienungs-Zugangssysteme (RKE, Remote Keyless Entry), aber immer mehr Fahrzeuge sind bereits mit passiven schlüssellosen Zugangssystemen (PKE, Passive Keyless Entry) ausgerüstet. Das RKE-System entriegelt oder verriegelt Autotüren und Kofferraumdeckel durch Senden eines Funksignals, wenn die Benutzer auf die Tasten einer Fernbedienung drücken.

Ein PKE-System, eine Art weiterentwickeltes RKE-System, ermöglicht es den Benutzern, mit einer entsprechenden Fernbedienung die Fahrzeugtüren allein durch Ziehen der Türgriffe zu öffnen, ohne dabei irgendwelche Tasten drücken zu müssen. Dabei findet die Nahbereichs-Kommunikation (NFC, Near Field Communication) in der Fahrzeugindustrie eine immer größere Anwendung, da sie eine sicherere und leistungsfähige Möglichkeit bietet, passive Fernbedienungsfunktionen im Fahrzeug als ein bequemeres und kundenspezifisches System einzusetzen.

RKE

Eine typische Funkfernbedienung besteht aus einem Funksender, der mit 315 MHz oder 433,92 MHz arbeitet, sowie einem in den Fahrzeugschlüssel integrierten Mikrocontroller. Um Strom zu sparen befindet sich die MCU meistens im Schlafmodus, erwacht aber beim Drücken einer Taste auf dem Wagenschlüssel und veranlasst den Sender, nach der Trägermodulation einen 64-Bit- oder 128-Bit-Datenstrom auszusenden. Ein in den Fahrzeugen installierter HF-Empfänger empfängt die Daten und leitet sie an eine andere MCU weiter, welche die Identität des Senders überprüft und Anweisungen zur Steuerung der Türöffnung gibt. Fernbedienungen mit mehreren Tasten können auch zusätzliche Funktionen wie zum Beispiel das Öffnen des Kofferraums, das Einschalten von Blinklichtern, eine Alarmfunktion und selbst das Starten des Motors ausführen.

Allgemeines Blockschaltbild einer RKE-Lösung.Melexis

Der mit einer Datenrate von 2,4 KBit/s bis 20 KBit/s gesendete Datenstrom besteht normalerweise aus einer Datenpräampel, einem Befehls-Code (Command), einigen Prüfbits und einem „Rolling Code“, der die Fahrzeugsicherheit dadurch gewährleistet, dass er sich bei jeder Benutzung ändert. Ohne diesen Rolling Code könnte das übermittelte Signal versehentlich ein anderes Fahrzeug entriegeln oder von einem Fahrzeugdieb abgehört werden, der es für einen späteren Zugang benutzen könnte.

Mehrere Hauptziele bestimmen dabei die Ausführung dieser RKE-Systeme. Wie alle massenproduzierten Fahrzeugbauteile müssen auch RKE-Systeme bei niedrigen Kosten absolut zuverlässig sein, während gleichzeitig ein möglichst geringer Stromverbrauch von Sender und Empfänger gefragt ist. Zusätzlich zu diesen Anforderungen müssen die Konstrukteure der RKE-Systeme einen optimalen Kompromiss zwischen Empfänger-Empfindlichkeit, Trägertoleranz und weiteren technischen Parametern finden, um trotz der durch den Kostenzwang und die minimale Speisespannung gesetzten Beschränkungen einen maximalen Sendebereich zu erhalten.

Zu den Konstruktionszwängen gehören auch die Beschränkungen durch lokale Vorschriften, zu denen beispielsweise die FCC-Vorschriften in den USA gehören. Für die Benutzung von Funkgeräten geringer Reichweite ist zwar keine Lizenz erforderlich, aber die Geräte selbst müssen dennoch Gesetze und Richtlinien erfüllen, die sich von Land zu Land unterscheiden.

PKE

Ein passives Zugangssystem ermöglicht es den Benutzern, eine Fahrzeugtür oder den Kofferraum zu entriegeln, ohne irgendwelche Tasten drücken zu müssen. Das Zugangssystem basiert auf einer niederfrequenten Funkverbindung zwischen Fernbedienung und Fahrzeug. In den Außenspiegeln oder den Türgriffen eingebaute Niederfrequenz-Antennen initiieren die Kommunikation und sie können mehrere Fernbedienungen innerhalb eines Radius zwischen 1,5 und 2 m erfassen.

Allgemeines Blockschaltbild einer PKE-Lösung.Melexis

Sobald der Fahrer an einem Türgriff zieht, sendet die Steuerung des passiven Zugangssystems ein Niederfrequenzsignal, um die Authentizität der Fernbedienung des Fahrers zu bestätigen. Daraufhin übermittelt die Fernbedienung eine HF-Antwort an die Steuerung. Bei einer erfolgreichen Erkennung der Fernbedienung wird das Fahrzeug automatisch innerhalb einiger Millisekunden entriegelt. Fahrzeuge mit einem PKE-System geben die Wegfahrsperre und auch die Zündung frei, wenn sich die Fernbedienung im Wageninneren befindet; hierbei ist es nicht erforderlich, einen Schlüssel in das Zündschloss zu stecken. Bei den meisten Fahrzeugen erfolgt dann das Starten des Motors durch Drücken der Anlassertaste oder Drehen eines Zündschalters. Beim Verlassen eines Fahrzeugs mit PKE-System erfolgt das Verriegeln entweder durch Drücken einer Taste auf einem der Türgriffe, durch Berühren eines kapazitiven Bereichs oder einfach indem man sich vom Fahrzeug entfernt. Das Verfahren für das Verriegeln unterscheidet sich von Fahrzeug zu Fahrzeug.

Bei jedem PKE-System muss die Fernbedienung imstande sein, die Stärke des niederfrequenten Signals normalerweise in allen drei Raumachsen zu messen (x, y, z) und diese Informationen über einen HF-Kanal zu senden. Diese RSSI-Daten (Received Signal Strength Indicator, Indikator für die Empfangssignalstärke) sammelt der HF-Empfänger mit Hilfe von angeschlossenen Antennenspulen. Sämtliche Daten wie beispielsweise Wake-up-Datenmuster (Präampel, ID), die als Nutzdaten im Protokoll zum Einsatz kommen, empfängt das System zur Verarbeitung und leitet sie an die Fernbedienungs-MCU weiter. Der Niederfrequenz-Empfänger verfügt über eine spezielle Steuerlogik, welche die Wake-up-Signale mit einem äußerst geringen Stromverbrauch überprüfen kann.

Ein Backup-Modus ermöglicht mit Hilfe der über das HF-Signal an das Gerät gelieferten Spannung die Benutzung des PKE-Systems selbst bei niedriger Spannung der Batterie in der Fernbedienung. Die Antwort des Geräts wird dann durch die Modulation des Fahrzeug-eigenen NF-Signals gesendet. Bei einer Verwendung in diesem Back-up-Modus muss der Fahrer die Fernbedienung zum Entriegeln und Verriegeln dicht an die Türantenne sowie zum Starten des Motors in einen speziellen Bereich auf dem Armaturenbrett halten.

NFC

Bei der Nahbereichskommunikation NFC handelt es sich um eine Funktechnologie für den Nahbereich, die den sicheren Austausch von Daten erleichtert und zunehmend für sichere Transaktionen zum Einsatz kommt – beispielsweise für die im Mobiltelefon integrierte „elektronische Brieftasche“. NFC bietet den Benutzern in Verbindung mit einem integrierten, sicheren Element eine hohe Bequemlichkeit, Interaktivität und Sicherheit mit ihren mobilen Geräten. NFC arbeitet mit 13,56 MHz bei Baudraten im Bereich von 106 KBit/s bis 424 KBit/s.

Die Nahbereichskommunikation umfasst einen Initiator und ein Target. Um Daten zwischen zwei NFC-Schnittstellen zu übertragen, aktiviert eine der NFC-Schnittstellen ihren Sender und arbeitet somit als NFC-Initiator. Der in der Antenne fließende Hochfrequenzstrom induziert ein Magnetfeld, das sich um die Antennenschleife erstreckt und durch die Antennenschleife der in der Nähe befindlichen anderen NFC-Schnittstelle geht. Hierdurch entsteht dann in der Antennenschleife der anderen NFC-Schnittstelle eine Induktionsspannung, die der Empfänger dieses anderen NFC-Geräts erkennen kann. Empfängt die NFC-Schnittstelle Signale und die entsprechenden Kommandos eines NFC-Initiators, übernimmt diese NFC-Schnittstelle automatisch die Rolle eines NFC-Targets. Für eine Datenübertragung zwischen den NFC-Schnittstellen wird die Amplitude des emittierten alternierenden Feldes moduliert (ASK-Modulation).

Die Produkte von Melexis für den Fahrzeugzugang basieren auf den zuvor genannten Technologien. Das neuste Produkt ist der serienreife Baustein mit der Bezeichnung MLX90132. Hierbei handelt es sich um ein vollintegriertes Multiprotokoll-Transceiver-IC für RFID/NFC bei 13,56 MHz gemäß ISO-/IEC18092, 14443A und B, 15693 sowie 18000-3.

(av)