用于认证用户的方法、系统和机动车与流程

本发明涉及一种用于认证机动车的用户的方法、一种用于执行方法的系统和一种包括系统的机动车。

背景技术：

1、为了能够实现无钥匙进入机动车，现代的车辆具有各种系统，其可基于无线技术识别出在车辆周围环境中的用户的终端设备或应答器(transponder)。

2、对于能够实现被动进入车辆的系统的示例在文件us2020/247363a1中描述。在该处公开的系统构建与便携式设备的蓝牙低能耗(ble)或超宽带(uwb)通讯连接。经由低频发送器，系统发送询问到便携式设备处且接收相应的应答。根据在接收的应答中包含的信息，系统授权便携式设备。响应于便携式设备的授权，系统实施车辆功能，包括解锁车辆的门、解锁车辆的行李箱或能够实现车辆的起动。

3、常见的问题在此是，所使用的系统不能够可靠地认证接收的无线信号的源头，即接受的无线信号实际上源于用户还是源于已经借助于非法能量获得无线信号的信息的源头。为了应付这样的安全问题，现代系统询问便携式设备的位置和运动数据，以便以该方式定位用户且基于定位信息认证用户。

4、然而在定位用户以用于其认证时已知的系统取决于，用户的移动终端设备或应答器适用于构建相应的无线通讯且适用于获取合适的位置和运动数据。在此有问题的是，在市场上存在许多较老型号的移动终端设备，其大多数情况下不满足相应的先决条件。它们要么缺乏必要的硬件，要么使用的软件已经过时且因此不能够例如与车辆的系统构建通讯或获得定位信息。这尤其涉及既不能够实现uwb通讯又不能够实现现代蓝牙通讯(尤其至少蓝牙标准版本5.1)的设备。利用蓝牙版本5.1，特别是引入无线探向(所谓的测向)功能，其使设备能够识别物体的方向。

技术实现思路

1、现在本发明的任务在于，发展一种方法，其允许较大数量的用户的认证，以及提供一种用于执行该方法的系统。

2、根据本发明的任务通过下文描述的一种用于认证机动车的用户的方法、通过一种用于执行该方法的系统且通过一种具有系统的机动车解决。优选的改进方案是下文描述的部分内容的主题。

3、一个方面涉及一种用于认证机动车的用户的方法。机动车具有构造成用于获取用户的位置的两个模块，其分别具有设立成用于发送和接收uwb和蓝牙信号、尤其ble信号的收发器，所述收发器分别带有天线。收发器尤其构造成用于在非常大的频率范围中、尤其在2.4至10.6ghz的频率范围中发送和接收信号。在uwb信号的情况中，收发器优选地构造成用于在3.5至9ghz的频率范围中、特别优选地在6ghz至8.5ghz的频率范围中发送和接收信号。蓝牙通讯优选地在2.402ghz和2.480ghz之间的已知的频率带中实现。优选地，设置有蓝牙低能耗无线技术。

4、uwb脉冲的发送功率是低的。uwb信号的带宽为至少500mhz且uwb收发器优选地构造成用于以0.5mw/-41.3dbm/mhz的发送功率发送信号。此外，收发器优选地根据ieee802.15.4标准(尤其对于uwb phy层的部分)并且优选地根据ieee 802.15.4z标准来构造。通过将信号分散在如此大的频率范围上，uwb信号仅以最小的程度干扰其它无线信号。

5、在使用天线中的至少一个的情况下，接收经由外部收发器发出的用于授权用户的无线信号。换而言之，用户在使用其移动终端设备或应答器的情况下将指令信号包括授权信息在内传输到车辆处以用于执行本身已知的车辆功能中的一个。该通讯优选地至少基于uwb和/或蓝牙无线技术实现。

6、收发器被操控以用于在使用天线中的至少一个的情况下发送uwb脉冲和接收脉冲应答和/或用于在使用天线的情况下执行基于信道脉冲响应(cir)测量的方法。基于接收的脉冲应答和/或cir测量的结果，确定用户的位置和/或运动梯度。在cir测量中，一个天线发送uwb信号至接收发出的信号的另一天线，而在带有接收的脉冲应答的方法中，已经发出uwb信号的相同的天线还接收脉冲应答。就此而言，在此接收扫描的周围环境的回波。换而言之，根据本发明基于uwb无线技术实现用户的定位，而不需要在车辆和外部收发器之间的通讯。因此，使用既不具有有uwb能力的通讯也不具有必要的在自5.1起的版本中的蓝牙标准的移动终端设备或应答器的用户也可利用移动终端设备在紧邻车辆的附近中被定位。

7、由于在时间上高度局部化的uwb脉冲可行的是，从接收到的uwb脉冲中以其由周围环境对发送的uwb脉冲的影响中得出的脉冲应答提取有关uwb脉冲的传播路径的信息。周围环境的影响基于使uwb脉冲从其几何上预先规定的路径偏转的物理现象，例如折射、衍射、反射或衰减。显而易见的是，信号或信号包的行进时间沿不同的传播路径相区分且取决于传播路径中或附近的物体的存在或不存在而改变。同样，信号或信号包的脉冲形式取决于传播路径中或附近的物体的存在或不存在被影响。由此可根据沿该传播路径传递的信号或信号包的测量有利地推断出传播路径中或附近的物体的存在或不存在。

8、在接收由相同天线发出的uwb脉冲的的脉冲应答的情况下，该脉冲应答描绘大量时间分辨的回波信号，其取决于物体和/或人与收发器的距离反映在脉冲应答中。通过经由时间上偏移的uwb脉冲及其接收的脉冲应答比较回波信号，可推断出物体和/或人关于收发器的位置变化。从位置变化可确定运动梯度。回波信号可优选地根据振幅和/或相位信息确定且彼此比较。由此有利地可行的是，在使用至少一个天线的情况下位置和时间分辨地扫描车辆的周围环境或内部空间。不言而喻，两个模块的天线或另外的模块的天线也可执行接收的脉冲应答的方法，以便从不同的角度位置和时间分辨地扫描车辆的周围环境和/或内部空间。

9、物体距离收发器越远，与该物体相关的回波信号就越晚由收发器接收到。因此，通过在相应于期望的作用范围的时间之后中断脉冲应答的接收和/或发出新的uwb脉冲，可限制收发器的作用范围。在uwb脉冲经由收发器发出的时间内，通过用于发送的收发器接收脉冲应答是不可行的。

10、此外有利地，在使用至少两个天线的情况下附加地或替代地可行的是，借助于cir测量位置分辨地扫描周围环境。通过经由天线中的一个多次发送uwb脉冲并根据通过另一天线接收到的脉冲应答，可通过比较时间偏移的脉冲应答来使周围环境中的变化(例如在待扫描区域中新存在的物体)位置和时间分辨地变得可见。以该方式，能够可靠地检测进入待扫描区域中的物体。尤其，借助于cir测量对周围环境进行的特别优选的恒定的和/或重复的扫描在此允许待扫描区域的相应的监控。

11、cir测量例如包含在(至少)两个天线之间发送预定义信号或信号包(所谓的电报)。除了天线之间的信号或信号包的直接传播路径之外，还存在大量其它传播路径，其例如包括来自车辆的内部或外部空间的物体的反射。基于天线的足够数量和/或有利的布置，这些传播路径使得能够覆盖空间、例如车辆内部空间或车辆外部空间的大部分。不言而喻，可在大量模块之间进行cir测量，以便取决于模块的布置来扫描相应的区域。

12、此外，通过基于用户的所确定的位置和/或所确定的运动梯度将用户关联于所接收的无线信号实现用户的认证。优选地，模块通过其在车辆中的预定布置包括预确定的认证区域，用户必须停留在该预确定的认证区域内以便由车辆进行认证。认证区域的作用范围优选地可由收发器的设定的作用范围来设定和/或取决于用于cir测量的天线的布置。在使用运动梯度的情况下，优选地确定用户在哪个方向上运动和/或其是否执行存储在存储单元中的姿势运动。例如，可将在远离车辆的方向上和/或至多平行于车辆方向运动的用户排除在认证之外。那么以有利的方式，仅对在朝车辆的方向上运动的用户进行认证，即更有可能与车辆交互和/或想要进入该车辆中的用户。此外，优选地从所确定的运动梯度来确定用户的姿势，以便使得能够借助于姿势运动来操作车辆或认证用户。因此，经由手或姿势无接触地和/或通过移动终端设备和/或应答器来操作车辆是可行的。通过认证区域与用户的所确定的运动方向的组合，分别描述的优点一起出现。因此根据本发明不需要车辆和外部收发器之间超出授权的通讯。由此还可根据所确定的位置和/或运动数据对过时的或出于其它原因不适合的移动终端设备的用户进行认证，从而触及更大的用户圈。

13、在一种优选设计方案中设置成，操控两个模块的收发器以在使用天线的情况下执行基于运行时间测量的定位方法以用于确定外部收发器的位置，其中此外通过将用户的所确定的位置和/或所确定的运动梯度与外部收发器的所确定的位置进行比较实现用户的认证。作为定位方法优选地设置有到达时间(timeofarrival-toa)、飞行时间(timeofflight-tof)、双向测距(two-way ranging-twr)、到达时间差(time difference onarrival-tdoa)、到达角度(angle ofarrival-aoa)、出发角(angle of departure-aod)和/或接收信号强度指示(received signal strength indication-rssi)。优选地为了定位方法的目的设置uwb和/或蓝牙无线技术。换句话说，在此外部收发器的定位借助于车辆与外部收发器之间的无线通讯实现。有利地，关于外部收发器的位置信息可与用户的所确定的位置和/或运动数据进行合理性检查(比较)，并且因此降低错误认证的概率。在使用版本低于5.1的蓝牙标准的移动终端的情形中，优选地进行rssi测量并且其结果与用户的所确定的位置和运动数据进行合理性检查(比较)。

14、在另一优选设计方案中设置成，收发器中的至少一个或两个此外包括设立成用于发送和接收nfc无线信号(近场通讯-nfc)的nfc天线，该nfc天线设立成接收作为nfc无线信号的用于授权用户的无线信号。通过nfc天线，还可从与车辆既无法构建uwb通讯也无法构建蓝牙通讯的移动终端设备或应答器接收授权数据。由于nfc的从几厘米到最大10厘米的短的作用范围，可在使用用户的所确定的位置和/或所确定的运动梯度的情况下来容易地对用户进行认证。换句话说，在识别的nfc数据传递的情况下，优选地仅选择与nfc的作用范围相应的小认证区域，用户必须停留在该认证区域内以便由车辆认证。优选地，所述至少一个收发器设立成借助于天线将电磁能传递到外部收发器上。由此有利地，即使当移动终端设备和/或应答器的电池放电时，也可通过nfc交换授权数据。

15、在另一优选的设计方案中设置成，基于所接收的无线信号和存储在存储器中的数据库来确定已认证用户的授权状态。由此，用户的授权和后续认证可由车辆通过中央系统承担。有利地，车辆不必装备不同的系统并且可节省成本。

16、优选地，当已认证用户的所确定的位置低于与机动车的预确定距离时，操控两个模块以用于在使用天线和/或至少一个nfc天线的情况下发出针对支付过程的询问。优选地在使用天线和/或所述至少一个nfc天线的情况下接收确认信号以用于执行支付过程，并且基于接收到的确认信号来匹配已认证用户的授权状态。换句话说，车辆构造成用于在使用一个或多个模块的情况下来承担支付功能。有利地，车辆不必装备不同的系统并且可节省成本。预确定距离优选地为最大5m，优选地最大2.5m，特别优选地0.1至1.5m。通过根据本发明的对位置和/或运动梯度的确定，可保证彼此通讯的设备的对于支付功能所需的1.5m的最大距离，且因此通过仅一个系统可实现允许的支付功能。

17、机动车优选地基于经认证的用户的授权状态来执行至少一个车辆功能。特别优选地，基于经认证的用户的授权状态来打开或关闭机动车的一个或多个车门和/或至少一个车窗。有利地，通过仅允许授权和认证的用户进行车辆功能，选择性地实现执行车辆功能。

18、在另一优选设计方案中设置成，模块如此布置，即使得操控收发器以用于执行基于信道脉冲响应测量的方法和/或发送uwb脉冲且接收脉冲应答如此进行，即使得扫描至机动车的至少一个进入区域。进入区域是机动车的如下区域，即在该区域中用户可进入或离开机动车。这优选地是围绕机动车的入口门的区域。该方法可应用于所有设计类型的门，例如滑动门或翼门。进入区域优选地包括处于关闭状态中的门的区域加上毗邻区域，该毗邻区域延伸三米、优选两米、特别优选一米至车辆中和/或从车辆向外延伸三米、优选两米、特别优选一米。扫描进入区域具有如下优点，即，可进行用户的自动授权和认证，使得用户可舒适地且无操作地进入机动车。换句话说，在用户的被动进入的情况下，可自动进行访问授权。因此，在(无人驾驶)自行式机动车中得出特别的优点。此外，可及时识别出正在关闭的车门与用户的可能的碰撞，并且可中断关闭过程。

19、优选地，认证区域取决于入口门的状态和/或机动车的位置。在入口门的关闭状态中以及当例如驶近停车点时，相比于在入口门的打开状态中，认证区域的作用范围可更大。这考虑到这样的事实：在车门打开的情况下，想要上车的用户会更走近车辆。当机动车以认证区域的大的作用范围驶近停车点时有利的是，车辆很早就知道哪些用户或有多少用户想要在停车点处进入车辆。在这种情况下，车辆可执行预确定的车辆功能，以便与一个或多个用户交互，尤其以便在模块中的一个的人类显示界面上显示信息。例如，显示座位占用情况和待驶近的其它停靠站。然而此外，还可显示无法与用户构建uwb或蓝牙连接，且用户应借助于nfc执行通讯。特别优选地，cir测量和/或基于接收到的脉冲应答的测量在驶近停车点时才进行和/或一旦借助于uwb、蓝牙或nfc授权的用户处于车辆环境中时就进行。

20、模块优选地包括can接口(can界面)以便能够彼此连接。优选地经由can接口传递用于启动开始阶段的信号，以便确定用户的位置和/或运动梯度。同样优选地，模块中的至少一个包括用于与用户通讯的接口(人机界面-hmi)。hmi优选地显示实时数据和/或使用户能够通过图形表面进行输入以与车辆通讯。此外，模块优选地布置在机动车的对于用户可见的区域中。对于用户可见的区域例如是窗户、尤其入口门中的窗户、座椅靠背、头枕或门内衬里。窗户可是梯形窗户或固定窗户。

21、另一方面涉及一种构造成用于执行根据本发明的方法的系统。该系统具有设立成用于获取用户位置的第一和第二模块，分别带有收发器，所述收发器具有设立成用于发送和接收uwb和蓝牙信号的天线。此外，该系统包括与收发器连接的控制单元，该控制单元设立成用于在使用天线中的至少一个的情况下接收经由外部收发器发出的用于对授权用户的无线信号，操控收发器以用于在使用天线中的至少一个的情况下发送uwb脉冲并接收脉冲应答和/或以用于在使用天线的情况下执行基于信道脉冲响应(cir)测量的方法、基于接收到的脉冲应答和/或cir测量的结果确定用户的位置和/或运动梯度，并通过基于用户的所确定的位置和/或所确定的运动梯度将用户关联于接收到的无线信号来认证用户。利用方法描述的特征及其优点可与系统类似地实现，并且因此可任意彼此组合。

22、尽管已经鉴于机动车中的应用形式描述了系统，但是系统不限于此。相反，系统可使用在其中应附加认证用于控制门、翻盖、窗户等的进入授权的所有应用中。

23、另一方面涉及一种具有上述系统的机动车。两个模块布置在机动车的车辆侧上，该车辆侧具有用于进入和离开机动车的进入区域。利用该方法描述的特征及其优点可与机动车类似地实现，并且因此可任意彼此组合。

24、在一种优选设计方案中，两个模块中的至少一个布置成相对于进入区域处于最大20cm的距离中。优选地，模块布置在入口门的相对而置的侧边上和/或一个模块位于中央而另一个模块位于相对而置的侧边中的一个上。

25、机动车的上述控制单元优选地通过电气或电子构件或部件(硬件)或者通过固件(asic)来实现。附加地或备选地，在实施合适的程序(软件)的情况下，实现控制单元的功能性。同样优选地，控制单元通过硬件、固件和/或软件的组合来实现。例如，用于提供各个功能性的控制单元的各个部件被构造为单独的集成电路或者布置在公共集成电路上。

26、控制单元的各个部件此外优选地构造为一个或多个进程，其在一个或多个电子计算设备中的一个或多个处理器上运行并且在实施一个或多个计算机程序的情况下生成。在此，计算设备优选地构造成用于与其它部件(例如模块、中央锁定系统、电机控制器等)一起工作，以便实现本文描述的功能性。在此，计算机程序的指令优选地存储在例如为ram元件的存储器中。然而，计算机程序还可存储在例如为cd-rom、闪存等的非易失性存储介质中。

27、对于本领域技术人员来说此外显而易见的是，多个计算单元(数据处理设备)的功能性可组合或在唯一的设备中组合，或者某一数据处理设备的功能性可在大量设备上分布存在，以便实现控制单元的功能性。

28、本发明的另一方面涉及一种计算机程序，包括指令，该指令在程序由计算机、例如机动车的控制装置实施时，执行根据本发明的方法、尤其用于认证机动车的用户的方法，该机动车具有系统，该系统带有设立成用于获取用户的位置的第一和第二模块，第一和第二模块分别带有收发器，所述收发器具有设立成用于发送和接收uwb和蓝牙信号的天线。

29、本发明的另外的优选的设计方案由本发明公开内容中提及的其余特征得出。

30、只要在个别情况中没有另外说明，本技术中提到的本发明的各种实施例可有利地彼此组合。