Fahrzeugelektronik: Keyless-Go-Systeme im Auto

Keyless-Go-Systeme erfreuen sich immer größerer Beliebtheit in der Automobilindustrie. Mit ihrer bequemen und komfortablen Funktionalität bieten sie Fahrern eine neue Art des Fahrzeugzugangs und -starts. Sie sind eine Weiterentwicklung der Fernbedienung, mit der sich zwar die Türen aus der nahen Ferne öffnen ließen, die aber immer noch einen Schlüssel für das Zündschloss erforderte. Dieses Zündschloss entfällt nun mit den Keyless-Go-Systemen.

Wohin nun aber mit den bisweilen etwas unhandlichen Sendern, wenn es keinen definierten Ort dafür gibt? Hosentasche? Mittelablage, Handschuhfach? Jeder hat wohl eine mehr oder weniger befriedigende Lösung dafür gefunden. Entwickelt haben das Keyless-Go-System Mercedes-Benz und Siemens VDO, im April 1999 kam es erstmals in der Mercedes S-Klasse zum Einsatz. Weil jeder Autohersteller die Technik anders nennt, reichen die Bezeichnungen von Keyless Entry, Keyless Access und Keyless Drive bis zu Smart Key, Smart Entry und Komfortzugang.

Im Video stellen wir den Morgan XP-1 Prototyp vor.

Aufbau des Keyless-Go-Systems

Das Keyless-Go-System besteht aus verschiedenen Komponenten, die nahtlos zusammenarbeiten. Dazu gehören der Funkschlüssel, eine Antenne im Auto und das Steuergerät. Der Funkschlüssel enthält eine eindeutige Kennung und verwendet eine drahtlose Kommunikationstechnologie wie RFID (Radiofrequenzidentifikation) oder Bluetooth, um mit dem Fahrzeug zu interagieren. Die Antenne im Auto empfängt das Funksignal des Schlüssels und übermittelt es an das Steuergerät, das den Zugang zum Fahrzeug ermöglicht und den Startvorgang initiieren kann.

RFID ist der kontaktlose Datenaustausch zwischen einem RFID-Transponder und einem RFID-Schreib-/Lesegerät. Für die Datenübertragung baut das Schreib-/Lesegerät ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld auf, welches den passiven RFID-Transponder mit Energie versorgt.

Funktionsweise

Wenn sich der Fahrer dem Auto nähert, erkennt die Antenne im Auto den Funkschlüssel in seiner Nähe. Das Steuergerät authentifiziert den Funkschlüssel anhand seiner Kennung und entsperrt die Türen. Das Öffnen der Tür bleibt allerdings der Job des Fahrers, die Türen gehen weiterhin nicht von alleine auf.

In den vorderen Türgriffen befinden sich die Empfangsantennen sowie die Näherungs- und Verriegelungssensoren zur Erkennung, zum Öffnen oder Schließen des Fahrzeugs. Die hinteren Türgriffe verfügen nur über Sensoren zur Erkennung, zum Öffnen oder Schließen des Fahrzeugs.

Die Näherungssensoren arbeiten nach dem Prinzip von kapazitiven Sensoren. Sobald die Hand des Fahrers in den Bereich der Näherungssensoren kommt, wird dies von den kapazitiven Sensoren erkannt und in Form eines Signals an das Komfortsteuergerät weitergeleitet.

Sobald der Fahrer im Fahrzeug sitzt, kann er den Motor durch Betätigung einer Starttaste aktivieren. Ein Zündschloss, in welchem der Schlüssel sicher aufgehoben ist, gibt es nicht mehr, meist auch keine geeignete Ablage. Die drahtlose Kommunikation zwischen dem Funkschlüssel und dem Steuergerät ermöglicht eine reibungslose Interaktion.

Vor- und Nachteile

Keyless-Go-Systeme bieten zweifellos eine Vielzahl von Vorteilen. Fahrer können das Fahrzeug ohne Suche nach dem Schlüssel entriegeln und starten. Die Hände bleiben frei, was insbesondere in Situationen, wie dem Transport von Einkäufen oder Kindern, von Vorteil ist. Dennoch gibt es auch Sicherheitsrisiken, die beachtet werden müssen. Signalverstärkungsangriffe, bei denen Kriminelle das Signal des Funkschlüssels verstärken, um das Fahrzeug zu öffnen und zu starten, sind eine reale Bedrohung. Autodiebe nutzen verschiedene Techniken, um schlüssellose Verriegelungssysteme zu umgehen oder zu manipulieren. Hier sind einige der gängigsten Methoden:

Relais-Station-Angriff: Bei einem Relais-Station-Angriff arbeiten die Autodiebe in einem Team. Ein Gauner steht in der Nähe des Fahrzeugs und ein anderer in der Nähe des Fahrzeughalters, der den Schlüssel bei sich trägt. Der Gauner in der Nähe des Fahrers verwendet ein spezielles Gerät, um das Funksignal des Schlüssels aufzufangen und an den Kollegen in der Nähe des Autos zu übertragen. Dadurch wird das Fahrzeug geöffnet, als ob der Schlüssel physisch in der Nähe des Fahrzeugs wäre.

Signalverstärkung: Bei dieser Methode verwendet der Dieb ein Gerät, um das Funksignal des Schlüssels zu verstärken.

Damit ist es möglich, das Funksignal aus größerer Entfernung aufzufangen und an das Fahrzeug zu übertragen, um es zu öffnen.

Jamming: Diebe können auch sogenannte Jammer verwenden, um die Funkkommunikation zwischen dem Fahrzeug und dem Schlüssel zu stören. Dadurch wird verhindert, dass das Fahrzeug verriegelt wird, und der Dieb kann es leicht öffnen.

Sicherheitstipps

Um das Risiko eines Diebstahls durch Signalverstärkungsangriffe zu minimieren, können Fahrer verschiedene Sicherheitsmaßnahmen ergreifen. Eine Möglichkeit ist die Verwendung einer speziellen Schlüsseltasche oder eines Schlüsselhalters, der das Funksignal abschirmt und so eine Kommunikation mit dem Fahrzeug verhindert, solange der Schlüssel darin aufbewahrt wird. Fahrer können auch Signalblocker verwenden, die das Funksignal des Schlüssels blockieren, wenn er nicht in Gebrauch ist.

Ein weiterer wichtiger Sicherheitstipp ist es, den Funkschlüssel bei Nichtgebrauch auszuschalten. Viele Keyless-Go-Systeme verfügen über eine Funktion, mit der der Schlüssel in den Ruhezustand versetzt werden kann, um die drahtlose Kommunikation zu deaktivieren. Dies kann das Risiko eines unbefugten Zugriffs auf das Fahrzeug erheblich reduzieren.

Bei neuen Audi-Fahrzeugen ist im Fahrzeugschlüssel ein zusätzlicher Sensor integriert. Wird der Fahrzeugschlüssel längere Zeit nicht bewegt, entscheidet das Zentralsteuergerät für das Komfortsystem anhand der Information "Schlüssel bewegt" oder "Schlüssel nicht bewegt", ob die Funktion "Öffnen" erlaubt oder nicht erlaubt wird.

Bei neueren Schlüsseln von Mercedes-Benz beispielsweise lässt sich Keyless Go deaktivieren. Zum Abschalten reicht ein doppelter Knopfdruck auf die Verriegelungstaste.

Hersteller wie Toyota oder BMW bieten ein ähnliches Abschaltverfahren an wie Mercedes. Der Unterschied: Der Autofahrer muss die Schließtaste gedrückt halten und gleichzeitig zweimal die Taste zum Öffnen betätigen. Bei anderen Automobilen kann der Autobesitzer das komfortable Schließsystem übers Infotainment-Menü abschalten.

Sicherheit der Systeme

Die Automobilindustrie arbeitet kontinuierlich daran, die Sicherheit von Keyless-Go-Systemen weiter zu verbessern. RSAD (Relais Station Attack Detection) mit Ultra-Wide-Band(UWB)-Technologie wird zunehmend in Keyless-Go-Systemen eingesetzt und bietet zusätzliche Sicherheitsvorteile.

UWB ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die ein breites Frequenzspektrum nutzt und präzise Ortungs- und Entfernungsdaten ermöglicht. Im Zusammenhang mit Keyless-Go-Systemen kann UWB verwendet werden, um die räumliche Position des Funkschlüssels genauer zu bestimmen. Dies bietet einen höheren Grad an Sicherheit, da die Kommunikation zwischen dem Funkschlüssel und dem Fahrzeug auf einen bestimmten physischen Bereich begrenzt werden kann.

Dadurch wird es für potenzielle Fahrzeugdiebe schwieriger, das Funksignal zu stören oder zu manipulieren. Durch die präzise Ortung des Funkschlüssels in Relation zum Fahrzeug kann das System sicherstellen, dass sich der Schlüssel tatsächlich in unmittelbarer Nähe befindet, bevor der Zugriff auf das Fahrzeug gewährt wird. Diese verbesserte Keyless-Technik misst die Zeit, die das Signal vom Schlüssel zum Auto benötigt. Bei kurzer Dauer entriegelt sich das Auto; vergeht zu viel Zeit, bleibt das Fahrzeug verschlossen. Letzteres ist der Fall, wenn der Schlüssel zu weit vom Auto entfernt ist.

Vereinfacht dargestellt wird die Zeit gemessen, die zwischen dem Versenden eines Signals bis zum Empfang der Antwort verstreicht. Diese gemessene Zeit wird als Time of Flight (ToF) bezeichnet. Wird die gemessene Zeit (wenige Nanosekunden) mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funkwellen (annähernd Lichtgeschwindigkeit) multipliziert, so erhält man die Distanz zwischen Fahrzeug und Schlüssel auf wenige Zentimeter genau. Dies reduziert das Risiko von Signalverstärkungsangriffen, bei denen Angreifer versuchen, das Signal des Funkschlüssels über größere Entfernungen zu verstärken.

Die UWB-Technologie wird kontinuierlich weiterentwickelt und bietet Potenzial für zusätzliche Sicherheitsfunktionen. Ein Beispiel dafür ist die Möglichkeit der fein abgestuften Zugriffskontrolle, bei der das System erkennt, ob sich der Funkschlüssel innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet. Dadurch können bestimmte Funktionen wie der Motorstart nur erfolgen, wenn sich der Schlüssel im Fahrzeug befindet.

Möglich sind auch Funktionen, die beispielsweise das Öffnen des Kofferraums oder der Türen nur aus unmittelbarer Nähe des Senders zum Auto ermöglichen. Darüber hinaus ist es ratsam, den Funkschlüssel an einem sicheren Ort aufzubewahren, um ihn vor Verlust oder Diebstahl zu schützen.

Ausblick

Künftige Entwicklungen könnten zusätzliche Sicherheitsfunktionen umfassen. Ein verstärktes Bewusstsein für Sicherheitsrisiken und eine enge Zusammenarbeit zwischen Fahrzeugherstellern, Regulierungsbehörden und Verbrauchern werden dazu beitragen, die Sicherheit von Keyless-Go-Systemen weiter zu stärken.

Keyless-Go-Systeme haben den alten Zündschlüssel längst abgelöst. Der Neuwagenkäufer hat keine Wahl mehr, Keyless Go ist in den allermeisten Fahrzeugen an Bord. Längst hat sogar die Motorradindustrie diese Systeme entdeckt. So bieten beispielsweise BMW, Ducati oder Harley Davidson solche Keyless-Go-Systeme an. Für den Sender bleibt dem Motorradfahrer in den meisten Fällen nur der Platz in der Hosen- oder Jackentasche.

Und die möglichen Entwicklungen und Trends gehen weiter, folgende Features können in den nächsten Jahren kommen. Verbesserte Sicherheitsmaßnahmen: Angesichts der gestiegenen Bedenken hinsichtlich Fahrzeugdiebstählen und Relais-Station-Angriffen werden Hersteller verstärkt in die Sicherheit von Keyless-Go-Systemen investieren. Dies könnte die Integration zusätzlicher Sicherheitsfunktionen wie fortschrittliche Verschlüsselungstechnologien und mehrstufige Authentifizierungsverfahren beinhalten.

Biometrische Identifikation: Die Integration von biometrischen Merkmalen zur Identifizierung des Fahrzeughalters könnte in Zukunft eine Rolle spielen. Dies könnte beispielsweise Fingerabdruckerkennung, Gesichtserkennung oder Iris-Scan umfassen, um eine noch sicherere und personalisierte Zugangskontrolle zu ermöglichen.

Smartphone-Integration: Smartphones könnten verstärkt als digitale Schlüssel fungieren, um Fahrzeuge zu öffnen und zu starten. Dies würde es Fahrzeughaltern ermöglichen, ihre Fahrzeugschlüssel digital auf ihren Mobilgeräten zu speichern und über drahtlose Verbindungen wie Bluetooth oder NFC mit dem Fahrzeug zu kommunizieren.

Standortbasierte Funktionen: Zukünftige Keyless-Go-Systeme könnten standortbasierte Funktionen integrieren, um das Fahrzeug automatisch zu entriegeln oder bestimmte Einstellungen zu aktivieren, wenn der Fahrzeughalter sich in der Nähe befindet. Dies könnte beispielsweise das automatische Öffnen der Garage oder das Einschalten der Klimaanlage schon vor Antritt der Fahrt umfassen.

Vernetzung mit anderen Fahrzeugsystemen: Keyless-Go-Systeme könnten stärker in andere Fahrzeugsysteme integriert werden, um eine nahtlose Interaktion und personalisierte Einstellungen zu ermöglichen. Dies könnte beispielsweise die Anpassung von Sitzpositionen, Musik- oder Navigationsvorlieben, basierend auf dem erkannten Fahrzeughalter, umfassen.

Smartphones könnten verstärkt als digitale Schlüssel fungieren, um Fahrzeuge zu öffnen und zu starten. Dies würde es Fahrzeughaltern ermöglichen, ihre Fahrzeugschlüssel digital auf ihren Mobilgeräten zu speichern und über drahtlose Verbindungen wie Bluetooth oder NFC mit dem Fahrzeug zu kommunizieren. Ob das als Fortschritt gilt, muss jeder selbst entscheiden. Die Bezeichnung für die Verwendung eines Smartphones als Türöffner kann je nach Automobilhersteller unterschiedlich sein. Hier sind einige mögliche Bezeichnungen, die verwendet werden könnten:

Digital Key: Diese Bezeichnung wird oft allgemein verwendet, um auf die Verwendung eines Smartphones oder einer anderen digitalen Technologie als Türöffner zu verweisen.

Mobile Key: Einige Hersteller verwenden den Begriff "Mobile Key", um darauf hinzuweisen, dass das Smartphone als Schlüssel für das Fahrzeug fungiert.

Smart Key: Dieser Begriff wird auch verwendet, um zu beschreiben, dass das Smartphone eine smarte Schlüsselfunktion übernimmt und die physischen Schlüssel ersetzt.

Smartphone Key: Manche Hersteller bezeichnen die Verwendung des Smartphones als "Smartphone Key", um klar herauszustellen, dass das Mobilgerät den Zugang zum Fahrzeug steuert.

Phone Key: Tesla bietet diese Funktion an, bei der das Smartphone des Fahrzeughalters als digitaler Schlüssel fungiert. Damit können Türen geöffnet, das Fahrzeug gestartet und verschiedene Funktionen gesteuert werden.

Audi connect Schlüssel: Das ist eine Funktion, die von Audi in einigen seiner Fahrzeuge angeboten wird. Sie ermöglicht den Fahrzeughaltern, ihr Smartphone als digitalen Schlüssel zu verwenden, um das Fahrzeug zu öffnen, zu verriegeln und zu starten. Der Audi connect Schlüssel nutzt Bluetooth- oder NFC-Technologie, um eine sichere Verbindung zwischen dem Smartphone und dem Fahrzeug herzustellen. Mit dem Audi connect Schlüssel können Fahrzeughalter das Fahrzeug über die Audi connect App auf ihrem Smartphone steuern. Sie können das Fahrzeug öffnen und verriegeln, den Motor starten oder ausschalten, die Klimaanlage oder Heizung aktivieren und sogar den Fahrzeugstandort überwachen.

Die Verwendung des Audi Connect Schlüssels bietet mehrere Vorteile. Zum einen ist sie bequem, da der Fahrzeughalter keinen physischen Schlüssel mit sich tragen muss (aber das Smartphone …). Zum anderen bietet dies zusätzliche Sicherheitsfunktionen wie die Möglichkeit, den Zugang zum Fahrzeug auf bestimmte Personen zu beschränken, zum Beispiel indem man temporäre digitale Schlüssel an Familienmitglieder, Freunde oder an einen Service-Mitarbeiter in der Fachwerkstatt übermittelt.