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Die
vorliegende Vorrichtung betrifft eine Diagnosevorrichtung, insbesondere
zum Einsatz in Fahrzeugen mit einem Transpondersystem, insbesondere
für ein
Keyless-Entry-System.
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Transpondersysteme
der eingangsgenannten Art werden zur Übertragung eines digitalen
Signals, beispielsweise eines Identifikationscodes für die Zugangskontrolle
von einem Fahrzeug oder vergleichbaren Daten eingesetzt. Zur Datenübertragung werden
Funkwellen mit einer vorgegebenen Trägerfrequenz verwendet, wobei
die erforderliche Reichweite relativ gering ausgelegt wird um die
Sendeschaltung für
den Einsatz in großen
Stückzahlen
kostengünstig
auszugestalten. Zugleich muss aber ein solches Transpondersystem
die Einhaltung entsprechender Auflagen hinsichtlich der Sendeleistung,
der Bandbreite und der Wellendämpfung
für eine
amtliche Funkzulassung erfüllen.
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Zur
Festlegung einer Zugangsberechtigung für das Fahrzeug findet zwischen
dem tragbaren Transponder und dem fahrzeugbasierten Transceiver
ein Austausch von Sicherheitscodes oder Zugangsdaten auf der Basis
hochfrequenter und/oder niederfrequenter und damit kurzwelliger
bzw. langwelliger Trägersignale
statt. Die Ortsdetektion des Transponders erfolgt dabei über mehrere
in oder am Fahrzeug angeordnete Langwellenantennen.
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Aus
DE 101 08 578 A1 ist
ein passives Fernsteuersystem mit Langwellenantennen bekannt, welche
im Fahrzeug bzw. am Fahrzeug angeordnet sind. Auf ein derartiges
langwellenbasiertes Abfragesignal antwortet der Transponder bei
diesen Systemen mit einem sicherheitscodierten HF-Signal zur Identifikation
der Zugangsberechtigung. Gegebenenfalls entriegelt ein fahrzeugbasiertes
Steuersystem die Fahrzeugtür,
so dass diese durch manuelle Betätigung des
Türgriffes
geöffnet
werden kann.
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Aus
EP 0 741 221 B1 ist
eine Empfangseinrichtung mit einem Multiplexer zum wahlweisen Empfang über mehrere
Antennen bekannt.
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Darüber hinaus
sind beispielsweise aus der
DE
197 52 149 A Sende- und Empfangseinrichtungen bekannt,
mit einer Verstärkereinrichtung,
an deren Ausgang mehrere Langwellenantennen wahlweise über einen
Multiplexeranschluss angeschlossen sind. Der Multiplexeranschluss
wird durch Schaltmittel gebildet, welche sequentiell die Verstärkereinrichtung
mit einer der Langwellenantennen verbinden.
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Nachteilig
bei diesem bekannten Stand der Technik ist, dass eine kontinuierliche Überwachung der
Sendeantennen nicht erfolgt und daher eine Veränderung der Sendeleistung der
Antennen, beispielsweise durch den Alterungsprozess, nicht kompensiert
wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Antenne ist es, Auskunft über den Zustand der Antenne
während
des Betriebs zu erhalten und auf die Veränderungen der Sendeleistung über den
Einsatzzeitraum der Antenne, insbesondere deren Alterungsprozess,
eine Aussagen treffen zu können
und Abwei chungen der Sendeleistung, welche insbesondere durch den
Alterungsprozess der Antenne entstehen, zu kompensieren.
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Im
Weiteren kann Rückschluss
auf den Zustand der Antenne getroffen werden und gegebenenfalls
eine Selbstdiagnose in die Wege geleitet werden, wenn sich die Eigenschaft
der überwachten
Antenne stark verändert.
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Diese
Aufgabe wird anhand der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der abhängigen Ansprüche, der
weiteren Beschreibung und insbesondere der Detailbeschreibung anhand der
zur besseren Erläuterung
beigefügten
Figur.
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Eine
Antenne stellt im Prinzip einen Serienschwingkreis bestehend aus
einem Widerstand, einer Induktivität und einer Kapazität dar. Die
Antenne bez. die Antennen ist/sind bei einem Keyless-Entry-Transpondersystem
im oder am Fahrzeug angeordnet und wird/werden über eine entsprechende Ansteuerschaltung
mit der notwendigen Sendeenergie versorgt. In vorzugsweiser Ausgestaltung
der Erfindung erfolgt die Zuführung
von Energie in Form von pulsmodulierten Stromsignalen. Die pulsmodulierten Stromsignale
werden vorteilhafterweise in Form von Rechteckimpulsen zugeführt. Um
Oberwellen zu vermeiden, werden die Rechteckimpulse an ihren steilen
Flanken in einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung leicht
verschliffen, so dass sich näherungsweise
ein trapezförmiger
Verlauf der pulsmodulierten Stromsignale ergibt. In vorteilhafter
Weise wird der Strom an die Antenne pulsweitenmoduliert. Die Antenne,
welche im Prinzip einen Serienschwingkreis bestehend aus einem Widerstand,
einer Kapazität und
einer Induktivität
darstellt, wird durch ihren Linearfaktor repräsentiert. Somit wird von der
Steuereinheit, welche die Antenne steuert und zugleich überwacht,
ein Linearfaktor bestimmt, in dem alle wesentlichen Parameter, welche
die Antenne und deren Charakteristik beeinflussen, Niederschlag
finden. Jede Steuerung, die diesen Linearfaktor generiert, kann
somit von der erfindungsgemäßen Überwachungsstrategie
der Vorrichtung Gebrauch machen.
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Wie
bereits ausgeführt,
wird der Serienschwingkreis mit einer pulsweitenmodulierten Stromfolge
angesteuert. Die Charakteristik der Antenne, sprich der Linearfaktor
der Antenne ist vom eingeprägten
Strom, der pulsweitenmoduliert ist, abhängig. Verändert sich nunmehr über die
Zeit hinweg, oder auf Grund externer Einflüsse die Charakteristik der
Antenne, verändert
sich der Linearfaktor der Antenne. Erfolgt eine Veränderung
der Antenne, beispielsweise in Folge von Alterungsprozessen, wie beispielsweise
eine Veränderung
des Widerstands, der Kapazität
oder der Induktivität
einer der Antennen, so ändert
sich auch der zugehörige
Linearfaktor. Ändert
sich beispielsweise der Widerstand, der Einfluss in den Linearfaktor
findet, so kann dies beispielsweise an einer Veränderung in der Verkabelung der
Antenne begründet
liegen. Ändert
sich der Widerstand der Antenne sprunghaft über die Zeit, so kann die Steuereinheit
infolge der kontinuierlichen Überwachung
des Linearfaktors dies erkennen und wohl auf eine Beschädigung in
der Verkabelung schließen.
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Der
Linearfaktor ist außerdem
im Wesentlichen abhängig
vom für
eine Antenne eingeprägten Strom.
Wird somit eine Veränderung
des Antennenfaktors erkannt, so kann, durch Veränderung des zugeführten Antennenstroms
die Sendeleistung dennoch relativ konstant gehalten werden, indem
der der Antenne zugeführte
Strom, durch Variation von dessen Pulsbreiten, in vorgegebenen Schranken,
verändert
wird. Auf diese Weise ist es möglich
die Sendeleistung einer Antenne anhand des Antennenstroms in vorgegebenen
Bereichen konstant zu halten. Der Antennenstrom wird durch die Breite
der Stromimpulse gesteuert, eben durch eine Pulsweitenmodulation. Da
die Steuereinheit die Pulsweite des Antennenstroms kennt, kennt
sie den Antennenstrom. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
wird der Antennenstrom über
einen Integrator registriert und erfasst. Die Steuereinheit, welche
den Antennenstrom und dessen Pulsbreite steuert, in Abhängigkeit
vom eingeprägten
Antennenstrom, ist somit in der Lage Veränderungen des Linearfaktors
durch eine Veränderung
der Pulsweite des Stromes zu kompensieren, sodass die Sendeleistung
der Antenne relativ konstant gehalten wird.
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Somit
kann eine Nachjustierung in einem vorgegebenen Bereich erfolgen.
Dieser Bereich wird vorzugsweise durch eine obere und eine untere Stromwertschwelle
definiert, in deren Bereich eine Nachregelung erfolgen darf. Auf
diese Weise ist gewährleistet,
dass konstante Felder an der Antenne erzeugt werden und somit die
Funktion des Transpondersystems auf längere Zeit konstant und funktionssicher
bleibt und mittels des Linerfaktors eine Überwachung der Sendeleistung
und der Antennenparameter möglich
ist.
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Wird
nunmehr festgestellt, dass sich der Strombereich außerhalb
der definierten Schwellwerte verändert,
so führt
die Steuereinheit eine umfassende Selbstdiagnose durch. Hierzu wird
ein Trägerfrequenzsweep
vorgenommen und die Resonanzfrequenz, die Bandbreite und die Güte des Serien schwingkreises,
sprich der Antenne, ermittelt. Aus diesem ermittelten Zusammenhang
von Frequenz und Sendestrom werden dann erneut die Antennenparameter
von der Steuereinheit berechnet.
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In
vorteilhafter Weise wird für
jede einzelne Antenne des Transpondersystems bei der ersten Inbetriebnahme
die Antennenparameter auf diese beschriebene Weise ermittelt und
in einem Speicher abgespeichert. Bei einer späteren erneuten Durchführung der
vorgenannten Messungen (Trägerfrequenzsweeps)
der Antenne zu einem späteren
Zeitpunkt, können
die bei Inbetriebnahme der Antenne vorliegenden Parameter mit den
später
ermittelten Parametern verglichen werden. Es kann somit festgestellt werden,
welche Veränderungen
vorliegen, insbesondere kann daraus geschlossen werden, welche Parameter
sich verändert
haben.
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Schließlich ist
es auf diese Weise möglich, eine
Antennenausfallstrategie zu entwickeln und ein Notfallprogramm vorzubereiten.
Verändert
sich der Linearfaktor kontinuierlich und muss der Antennenstrom,
eben dessen Pulsweite stetig nachgeführt werden, so kann die Steuereinheit
einschätzen, durch
die zeitliche Verfolgung der Veränderung
des Linearfaktors, wann mit einem Ausfall der Antenne zu rechnen
ist. Dieser Wert kann in den Fehlerspeicher eines Diagnosesystems
geschrieben werden und in der Werkstatt kann dann bedarfsgerecht
die Antenne getauscht bzw. überprüft werden.
Ein Total-Ausfall des Systems kann somit vorerkannt bzw. vermieden werden.
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Im
Weiteren wird die Vorrichtung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels
gemäß der beigefügten Figur
FIG nä her
beschrieben. In der Figur FIG sind die wesentlichen Bestandteile
der Vorrichtung dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein konkretes
Ausführungsbeispiel
ohne die Erfindung auf dieses konkrete Ausführungsbeispiel zu limitieren. Es
sind nur die für
das Verständnis
der Erfindung wesentlichen Bestandteile dargestellt.
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Die
Vorrichtung besteht aus einer Steuereinheit ST, einem Integrator
I, der vorzugsweise in der Steuereinheit ST selbst integriert ist,
einem Strompulsweitenmodulator IP, der ebenfalls vorzugsweise in
der Steuereinheit ST integriert ist, sowie einer Antenne A, welche
im Wesentlichen aus der Serienschaltung eines Widerstands R, einer
Spule L und einer Kapazität
C besteht.
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Die
elektrische Charakteristik einer pulsweitenmoduliert aus einer Versorgungsspannung
angesteuerten Antenne A wird vorzugsweise vereinfacht durch das
Verhältnis
von eingeprägtem
Tastverhältnis
(PWM duty cycle) und resultierendem Strom repräsentiert. Dabei berücksichtigt
die Messung neben der Antenne A auch die Zuleitungen und Beschaltung,
also das gesamte elektrische Antennensystem. Durch zyklisches Messen
des Stromes beim jeweiligen PWM-duty-cycle
wird ein Wegdriften der Antenne erkannt. Dies wird mit einer Nachjustierung
des PWM-duty-cycle korrigiert, so dass weiterhin mit dem gewünschten
Sendestrom gesendet wird. Vorzugsweise erfolgt die Korrektur in
einem eingeschränkten Strombereich,
d.h. mit oberer und unterer Schwelle. Dies garantiert in diesem
Bereich relativ konstante Felder und sichert somit die Funktionalität des Systems.
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Wandert
der Strombereich außerhalb
der definierten Schwellen, wird eine umfassende Systemdiagnose durchge führt. Dies
beinhaltet einen Trägerfrequenzsweep
zur Bestimmung der aktuellen Parameter, vorzugsweise von Resonanzfrequenz,
Bandbreite und Güte
des Serienschwingkreises (Antenne A). Aus dem ermittelten Zusammenhang
von Frequenz und Sendestrom werden diese Antennenparameter berechnet.
Diese Messung lässt
auch Rückschlüsse auf
den Zustand der Verkabelung zu. Die Anregungsfrequenz muss dabei
nur bei der umfassenden Systemdiagnose durchgestimmt werden.
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Stellt
die Systemdiagnose Abweichungen der Parameter fest, werden diese
gespeichert und sind Anpassungen für den weiteren Betriebsablauf, bspw.
auch bestimmte Antennenausfallstrategien hinterlegt, wenn die Parameter
so weit abweichen, dass ein weiterer Betrieb mit dieser Antenne
nicht mehr sicher wäre.
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Wurden
in der umfassenden Systemdiagnose die Parameter neu bestimmt, kann
durch die zyklische Prüfung
des Verhältnisses
von eingeprägtem Tastverhältnis (PWM
duty cycle) und resultierendem Strom das Antennensystem wieder weiter überwacht werden.
Diese vereinfachte Diagnose eignet sich somit zur permanenten Überwachung
auch während des
laufenden Sendebetriebs, bei der eine Durchstimmung ja nicht möglich ist.
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Die
Vorrichtung besteht aus einer Steuereinheit ST, einem Integrator
I, der vorzugsweise in der Steuereinheit ST selbst integriert ist,
einem Strompulweitenmodulator IP, der ebenfalls vorzugsweise in der
Steuereinheit ST integriert ist, sowie einer Antenne A, welche im
Wesentlichen aus der Serienschaltung eines Widerstand R, einer Spule
L und einer Kapazität
C besteht. Die Antenne A stelle einen Serienschwingkreis bestehend
aus dem Widerstand R, der Spule L und der Kapazität C dar.
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Im
Weiteren ist, zur Unterdrückung
von Oberwellen, ein Filter vorgesehen, der im Weiteren lediglich
mit CE bezeichnet ist. Dieser Filter filtert im Wesentlichen die
Oberwellen des Frequenzspektrums des pulsweitenmodulierten Stromsignals
aus.
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Bei
Inbetriebnahme führt
die Steuereinheit ST einen Trägerfrequenzsweep
durch und misst somit die Parameter, welche für die Antenne A bei Inbetriebnahme
vorliegen aus. Hierzu wird die Trägerfrequenz vorgegeben und
um die Trägerfrequenz
herum verschiedene Frequenzen erzeugt und die Antenne A ausgemessen.
Hierbei werden dann die Antenneresonanzfrequenz, die Bandbreite
und die Güte der
Antenne, sprich die Parameter des Serienschwingkreises ermittelt.
Diese Parameter werden in einem Speicher abgelegt. Hierbei handelt
es sich um einen nicht flüchtigen
Speicher, vorzugsweise um einen ROM-Speicher bzw. EPROM- oder EEPROM-Speicher.
Dieser Speicher ist in der Figur FIG nicht dargestellt.
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Ist
die Steuereinheit ST in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
als Mikrocomputereinheit ausgebildet, so ist der nicht flüchtige Speicher
in der Steuereinheit ST integriert.
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Der
im Serienschwingkreis, sprich der Antenne A, eingeprägte Strom
zur Erzeugung der gewünschten
Sendeleistung ist im Wesentlichen abhängig vom Widerstand R, der
Kapazität
C und der Induktivität
L. Im Wesentlichen definieren diese Parameter, zusammen mit dem
Strom, welcher über
die Pulsweitenmodulationseinheit IP erzeugt wird, den Linearfaktor
der Antenne. In den Linearfaktor fließen jedoch noch weitere Faktoren
ein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ermittelt
die Steuereinheit ST den Linearfaktor aus dem Strom, der in der
Antenne A fließt und
dem jeweiligen Wert der Pulsweite des PWM-duty-cycle.
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Der
Linearfaktor gibt eine Aussage über
den aktuellen Zustand der Antenne. Der Linearfaktor wird von der
Steuereinheit ST kontinuierlich ermittelt und überwacht. Der Steuereinheit
ST liegen obere und untere Schwellwerte vor, in welchen sie eine
Anpassung des Linearfaktors und insbesondere des Stromes der der
Antenne A zugeführt
wird, vor. Begibt sich jedoch der Strom außerhalb der vordefinierten Schranken,
so wird eine komplette Funktionsüberprüfung durch
die Steuereinheit ST initiiert.
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Der
Widerstand R, die Induktivität
L und die Kapazität
C der Antenne A sind alterungsbedingten Änderungen unterworfen. Da der
Linearfaktor im Wesentlichen auf diese Parameter Bezug nimmt, kann die
Veränderung
der Antenne A mittels des Linearfaktors erfasst und überwacht
werden. Ändert
sich der Linearfaktor, so kann, durch die Veränderung der Pulsweitenmodulation
des Stromes, die Antenne A weiterhin zu einer konstanten Sendeleistung
gebracht werden. Es werden weiterhin konstante Felder erzeugt und
die Funktionalität
des Systems nicht beeinflusst.
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Stellt
die Steuereinheit ST jedoch Überschreitungen
der vorgegebenen Grenzwerte fest, so wird eine kontinuierliche Überprüfung vorgenommen. Anhand
der bei Inbetriebnahme vorhandenen Antennenparameter und einem Vergleich
mit den aktuellen Parametern kann eine Aussage über die Störung vorgenommen werden, insbesondere
eine Fehleranalyse und Auskunft woher die Störung stammt. Nimmt beispiels weise
der Antennenstrom über
die Zeit ab, so ist davon auszugehen, dass der Fehler in den Zuleitungen
oder in den Steckverbindungen liegen kann, da sich dann wohl der
Widerstand R deutlich erhöht
hat.
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Durch
die Überwachung
des Linearfaktors kann eine Aussage über den Zustand der Antenne erfolgen.
Die Steuereinheit ST kann anhand dieser Werte eine Prognose zur
Wartung des Transpondersystems angeben, der bei Wartungsinspektionen
berücksichtigt
werden kann.