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Die
Erfindung richtet sich auf ein System sowie dessen Komponenten zur
Abwicklung von Signalverarbeitungsabläufen unter Einbeziehung einer zur
Präsenzerfassung
geeigneten, ggf. nutzerspezifischen synthetischen Aura. Weiterhin
richtet sich die Erfindung auch auf Signalverarbeitungsverfahren
auf Grundlage von hinsichtlich einer Nutzerpräsenz gewonnener indikativer
Signale.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Lösungen
anzugeben bei welchen im Rahmen der Realisierung komforterhöhender Schaltungssysteme,
insbesondere „Keyless-Access"-Schaltungen auch
Handhabungs- und Anwendersicherheitsgewinne synergetisch erreicht
werden können.
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Diese
Aufgabe wird gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung gelöst
durch ein System zur Abwicklung von Signalverarbeitungsabläufen unter
Berücksichtigung
von bereichsintrusionsindikativen Signalen, wobei dieses System
Mittel umfasst, zur Generierung der bereichsintrusionsindikativen
Signale auf Grundlage feldelektrischer Wechselwirkungseffekte und
schaltungstechnisch Vorkehrungen getroffen sind, zur automatischen
Ablaufsinitiierung auf Grundlage der bereichsintrusionsindikativen
Signale.
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Die
Erfindungsgemäße Lösung ermöglicht hierbei
insbesondere auf
- – den Schutz von Geräten/Fahrzeugen
vor unbefugter Benutzung beispielsweise durch nicht autorisierte
Personen,
- – die
Erhöhung
der Sicherheit von Personen in gefährdungsrelevanten Phasen, z.B.
Verbesserung der Beleuchtungssituation durch automatisches Einschalten
von bestimmten Fahrzeug beleuchtungseinrichtungen bei Annäherung)
- – Absenkung
der Verletzungsgefahr im Bereich von Klemmstellen bei Schließkanten,
von Fenstern, Türen,
Klappen und Verdecken.
- – Schutz
vor Verlust (Verlieren beim Einsteigen)
- – Schutz
vor Fehlauslösung
(richtige Handhabung, klare Öffnungsabsicht,
codierbare Triggerung)
- – Die
Steuerung von Abläufen
in Abhängigkeit
detektierter Gefahrenbereiche (Warnen, Verlangsamen, Stoppen)
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Auf
Grundlage der erfindungsgemäßen Lösung wird
es möglich
schaltungstechnisch vorteilhaft realisierbare „schlüssellose" Zugangsysteme zu schaffen. Diese Zugangssysteme
können
so realisiert sein, dass diese sich durch einen geringen Stromverbrauch
und geringe Systemkosten auszeichnen. Das erfindungsgemäße Konzept
ermöglich die
Erlangung von (Daten-)Verarbeitungszeitvorsprüngen und ermöglicht hierdurch
die Nutzung relativ langsamer Mechatronik-Komponenten.
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Bei
herkömmlichen
Keyless-Access Systemen erfolgt ein dem Autorisierungsnachweis dienender
Signaltransfer üblicherweise
funkbasiert.
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Auf Grundlage der Erfindung
erreichbare Ergebnisse:
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Bestehende
Funkschlüsselsysteme
werden durch die Erfindung komfortabler:
- – berührungslos
- – weniger
Handlungsvorgänge
des Benutzers Zusätzlich
erhöht
sich die Sicherheit in Türnähe durch:
- – erkennen
unautorisierter Personen
- – vermeiden
von Gefahrensituationen (Einklemmung)
- – Erkennung
richtiger Handlungsvoraussetzungen (Startknopf kann nur vom Fahrersitz
aus betätigt
werden)
- – Nur
ein einziger Sensor mit mehreren selektierbaren Elektroden
- – bestimmbare
näherungs-/berührungssensitive Bereiche
- – Shield
gegenüber
Masse
- – Signalausgabe über Elektrodenfläche (Mehrfachfunktion:
entweder Sensor, Masse oder Emitter)
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Näherungssensitiv
heißt
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- – Annäherung von
außen
an einen Griff/Bedienknopf etc.
- – Vorbereitende
Maßnahme
(z.B. Aufwecken Steuergerät)
für langsamere
und damit kostengünstigere
Mechatronik;
- – Positionserkennung
(Entfernung(Reichweite), Innen/Außen-Umschließung)
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Triggerung
heißt
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- – Überbrückung einer/mehrerer
Tastenfunktionen in mitgeführten
Fernbedienungen (Funkschlüssel)
- – Codierbar
(Datenmodulation)
- – Stromsparender
Schlafzustand
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Systembeschreibung:
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Komponenten:
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- – Ident-Annäherungssensor
z.B. gemäß der auf die
Anmelderin zurückgehenden
DE Patentanmeldung DE 103 05
342.5 -52
- – Erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
für Elektrodensteuerung
Body-Emitter-Unit (BEU) und Body-Detector-Unit (BDU)
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Ein
besonderer synergetischer Effekt wird durch das erfindungsgemäße Konzept
erreicht, indem die Präsenzerfassungstechnik
zugleich dem Datentransfer dient. Mit den bei Vorliegen des Präsenz-Zustandes übertragenen
Daten können
Schaltungsabläufe
auf der Seite des detektierten Objektes veranlasst werden. Diese
Schaltungsabläufe
können Signalgenerierungsabläufe sein,
die andere physikalische Wirkungen zur Bewerkstelligung einer Signalübertragung
nutzen. Konkret kann im Rahmen der Erfassung der hinreichenden,
oder anderweitige Kriterien erfüllenden
Präsenz
der Gliedmaßen
eines Anwenders in einem Griffbereich eines Fahrzeuges über das
Erfassungssystem ein anwenderseitig geführter Funkschlüssel angesteuert
werden.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
Schemadarstellung zur Erläuterung
des Aufbaus eines Türgriffes
mit mehreren Elektrodeneinrichtungen zur Erfassung hinsichtlich
des Eindringens in den Umgebungsbereich des Griffes intrusionsindikativer
und zudem einen Autorisierungsnachweis ermöglichender Signale;
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2 eine
Prinzipskizze zur Erläuterung
des Aufbaus einer griffseitig vorgesehenen Variante einer zur Ausgabe
von Signalsequenzen vorgesehenen Emitter Unit;
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3 eine
weitere Prinzipskizze zur Erläuterung
eines bevorzugten Aufbaus der Emitter Unit;
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4 eine
Prinzipskizze zur Erläuterung
des Aufbaus einer schlüsselseitigvorgesehenen
Detektor Unit zum Empfang eines für die weitere Initiierung von
Schlüsselfunktionen
vorgesehenen Signals;
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5 eine
Prinzipskizze zur Erläuterung
des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Fernbedienung mit
kapazitiver Resonanzaktivierung;
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6 eine
Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise eines
unter Einschluss der erfindungsgemäßen Technik realisierten Türveriegelungssystems;
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7 eine
weitere Prinzipskizze zur Erläuterung
des Einsatzes der der erfindungsgemäßen Technik in Verbindung mit
einem klassischen Funkschlüssel;
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1 zeigt
eine Variante einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für die Elektrodenansteuerung
einer Fahrzeug-Türgriffeinrichtung
mit einem integrierten „Sandwich-Sensor". Kapazitive Felder
können
insbesondere über
isolierte und vorzugsweise nicht geerdete Elektrodensysteme detektiert werden
die durch leitfähige
Bauteile an sich, oder Folienflächen
und/oder auch durch Drahtstrecken gebildet sind. Der Sandwich Sensor
umfasst drei Folien (Außen,
Shield, Innen), sowie eine Umschalteinrichtung (z.B. el. Wechselschalter)
zum Umschalten zwischen einer Außen- und Innen- abfrage, die
jeweils eine Folie dem Detektor zuführt, während die andere Folie an Masse
gelegt wird. Die dazwischenliegende Shield-Folie wird vom Sensor über einen
Shield-Driver gleichphasig angesteuert. Eine zusätzliche Umschalteinrichtung
erlaubt die Ansteuerung der Body-Emitter-Unit. Diese erzeugt dann über die
ausgewählte
Folie ein Wechselstromsignal geringer Stromstärke mit hohem Spannungspegel
(ab 80vpp) welches mit Daten moduliert werden kann (z.B. ASK, FSK,
(Q-)PSK). Weiterhin
erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung
die Anschaltung gefährdungs-
oder berührungsrelevanter
Bereiche (Fahrzeugtür)
an den vorzugsweise in einen ASIC integrierten Detektor. Gefährdungsrelevante
Bereiche sind alle Klemmstellen z.B. die Schließkanten der Tür. Vorzugsweise kann
ein detektierender Draht zusammen mit einem Shield in den Dichtungsmaterialien
untergebracht sein. Da diese häufig
von der eigentlichen Schließkante
entfernt sind, wird der sensitive Bereich durch besondere Anordnung
und Ausführung
des Shields in diesen Bereich gelenkt. Berührungssensitive Bereiche können Startknopf
oder andere Funktionselemente sein, sowie die Sitzflächen von
Fahrer und Beifahrer.
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Die
besondere Schaltungsanordnung macht es möglich, dass die genannten Elemente
entweder zur Annäherungs-
bzw. Berührungsdetektion und/oder
zur Aussendung von Aktivierungssignalen der BEU zu verwenden. Damit
soll sichergestellt sein, dass anders als bei bekannten Transpondersystemen
Bedienvorgänge
immer die Folge menschlicher Handlungen sind, wie Greifen, Ziehen,
Setzen, Drücken
usw.
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2 zeigt
eine Schaltungsvariante mit einer im Fahrzeuggriff angeordneten
Body-Emitter-Unit BEU. Die BEU ist die Schnittstelle zwischen Impulsgeber
und dem Menschen. Über
sie werden Impulse zum Wecken, Detektieren und Identifizieren an
die Haut des Menschen übergeben.
Zur gesamten Einheit gehört
noch ein Näherungssensor,
ein Pegelshifter, ein Pulser (Hochspannungserzeuger z.B. Resonanzkreis
und/oder Trafo) und ein Microcontroller, welcher den Identifikationscode
und weitere Logik (Firmware) beinhaltet.
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Body-Emitter-Unit BEU
im Fahrzeug:
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Zusätzlich ist
es möglich,
in Schaltern und Bedienelementen separate BEUs unterzubringen, die
beispielsweise auch taktil, also beim Schaltvorgang aktiviert werden
können.
Das Aktivierungssignal wird dann über die Haut des Bedieners
kapazitiv an eine BDU geführt
und entweder dort oder in einem Steuergerät ausgewertet.
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3 zeigt
einen erfindungsgemäßen Baustein,
der mit nur wenigen Gatterfunktionen alle erforderlichen Funktionen
realisieren kann. Die Anschaltung der externen Komponenten (wie
Shield- und Sensorfolien oder -Drähte) erfolgt über integrierte High-Side-Schalter.
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4 zeigt
eine Schemadarstellung einer Body-Detektor-Unit BDU im Funkschlüssel (sog.
RemoteKey). Die Body-Detektor-Unit BDU ist die Schnittstelle zwischen
Mensch und Impulsempfänger. Über sie
werden Impulse zum Wecken, Detektieren und Identifizieren an das
System im RemoteKey übergeben.
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Zur
gesamten Einheit gehört
noch ein Filter, ein als Komparator geschalteter, stromsparender Operationsverstärker, ein
Schalter (ZPS). Der ZPS weckt die BDU, die wiederum das Funkmodul
im RemoteKey aktiviert.
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Body-Detektor-Unit BDU
auch im Fahrzeug:
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Durch
Annäherung
oder Berührung
von Schaltern und Komponenten in einem Fahrzeug generierte Triggerimpulse
werden von einer/mehreren BDU erfasst, ausgewertet und in Schaltvorgänge umgesetzt.
Außer
der BDU im Funkschlüssel
kann diese auch in anderen Schaltelementen im Fahrzeug verwendet
werden um bei Berührung
oder Körpernähe (im Sitz)
Schaltvorgänge
einzuleiten. So ist es beispielsweise möglich, festzustellen, ob ein
Fahrer oder ein Beifahrer einen bestimmten Knopf betätigt.
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5 veranschaulicht
eine bevorzugte schaltungstechnische Realisierung einer BDU. Grundsätzlich besteht
eine BDU aus einem kapazitivem Aufnehmer, einem selektivem Verstärker und
einer Datenrückgewinnungseinrichtung.
Zur Realisierung bieten sich zahlreiche Varianten an. Die erfindungsgemäße Lösung verwendet
aufgrund der zwingenden Forderung nach geringstem Stromverbrauch und
Aufwand (Kosten, Schaltung) eine Anordnung, welche im Kern aus einem
stromsparenden Komparator besteht. Sein positiver Eingang wird über einen Widerstand
mit einer Referenzspannung verbunden. Der negative Eingang wird
soweit vorgespannt, dass die Schaltschwelle gerade noch nicht erreicht
wird. Über
einen Kondensator ist ein Parallelschwingkreis angelegt, der an
einem Ende mit Masse und am anderen Ende mit einer vorteilhaften
kapazitiven Aufnahmefläche
verbunden ist. Der Schwingkreis ist so gewählt, dass er mit der Ausgabefrequenz
der BEU in Resonanz ist und den Komparator negativ durchschaltet.
An dessen Ausgang befindet sich ein RC-Glied als Filter, so dass
der Eingangswech selstrom während
seiner Detektierung eine logische Null erzeugt. Pulsiert das Eingangssignal
nach einem bestimmten Schema, so kann dies am Ausgang des Komparators
als entsprechendes Datensignal abgefragt werden (ASK). Durch Auswahl
verschiedener Kondensatoren im Eingangsschwingkreis können auch
verschiedene Frequenzen detektiert werden. Damit lassen sich andere
Modulationsverfahren anwenden (FSK, PSK). Die Anschaltung der Signale
an den negativen Eingang des Komparators erfolgt aus 2 Gründen:
- 1. soll verhindert werden, dass das Ausgangssignal
sich auf den Eingang zurückkoppelt
und so die Anordnung in Schwingung gerät.
- 2. kann zur weiteren Stromeinsparung der Komparator zyklisch
ein- und ausgeschaltet werden.
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Das
sich von der Abschaltung deutlich unterscheidende High-Signal am Ausgang
zeigt dann die Arbeitsbereitschaft an und führt, wenn kein Triggersignal
nachgewiesen wurde, zur sofortigen Abschaltung.
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Da
der Eingangspegel für
die Triggerschwelle entscheidend ist, lässt sich eine Annäherungsdetektion
auch auf einfache Weise feststellen: Das Triggersignal an der äußeren Abgabefolie
eines Griffes hat einen konstanten Wechselspannungspegel, der aufgrund
der kapazitiven Kopplung zu der zu ihm ausgestreckten Hand, erst
bei einem bestimmtem Abstand zum Griff in der BDU die Schaltschwelle
erreicht. Somit wäre
eine Annäherung
auch ohne explizit aufgebautem Annäherungssensor feststellbar,
da anschließend
von der aktivierten Fernbedienung ein Funksignal ausgesendet wird,
das den Vorgang bestätigt.
Unbekannte Personen können
mit dieser Lösung
jedoch nicht erkannt werden. Deshalb wird in der Erfindung zusätzlich ein
passiver Annäherungssensor
verwendet. Im Zusammenspiel mit der BDU, die ab einem bestimmten
Abstand eingeschaltet wird, kann dann zusätzlich erreicht werden, dass
die Schaltschwelle erst bei fortgesetzter Annäherung an den Griff erreicht
wird, was die Fehlertoleranz erheblich erhöht.
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Der
höchste
Pegel wird natürlich
beim Berühren
des Griffs übertragen,
weil dort die kapazitive Kopplung am Größten ist. Grundsätzlich eignet
sich eine derartige Schaltung auch für den Einbau in Schließzylinder
stationärer
Türen.
Anstelle eines Funkschalters kann dort eine Logik angebracht sein, die
das Schloss entriegelt. Ein Bediener könnte dann eine BEU mit entsprechendem
Zugangscode mit sich führen.
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Als
weitere Besonderheit sind die beispielhaften Flächen für die Aufnahme der kapazitiv übertragenen
Signale kugelförmig
ausgeführt,
um im jeden Falle eine gleichmäßige Feldeinkopplung
zu erreichen, egal wo sich die Fernbedienung am Körper des
Bedieners befindet. Eine strukturierte oder aufgerauhte (und damit
vergrößerte) Oberfläche k um bei
gleichem Volumen die kapazitive Kopplung zu verbessern,
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Die
Arbeitsweise erfindungsgemäßen Systems
ist in den 6 und 7 weiter
veranschaulicht. Der Benutzer eines PKW nähert sich dem PKW. Er trägt einen
klassischen RemoteKey bei sich, der durch eine Body-Detector-Unit
(BDU) ergänzt
wurde, körpernah
bei sich.
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Körpernah
bedeutet auch:
- – in der Brieftasche, die in
der Kleidung (Hose, Jacke, Mantel) steckt;
- – in
einer mitgeführten
Tasche (Damenhandtasche, Aktentasche, Rucksack).
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Streckt
der Benutzer die Hand in Richtung Türgriff, wird dies über die
dort angebrachten Sensorflächen
ab einer bestimmbaren Entfernung detektiert. Ab einer Distanz von
z.B. 10–15
cm zwischen Hand und Griff startet ein kapazitiver Puls/Datentransfer zur
Aktivierung/Identifizierung vom Griff zur Haut des Bedieners und
damit zum mitgeführten
RemoteKey. Die erforderliche Authentifizierung kann so schon während die
Hand sich dem Türgriff
weiter nähert
erfolgen. Wird die Hand innerhalb einer Zeitspanne in den inneren
Bereich des Griffes eingeführt
und damit die Absicht des Öffnens
eindeutig, so wird ein codiertes Signal kapazitiv auf die Haut des
Benutzers gekoppelt und/oder die Tür entriegelt. Kapazitive Signale
werden von der BDU erkannt, die dann über einen elektronischen Schalter
das Funkmodul des RemoteKey aktivieren und zum Aussenden des Funksignals auffordern,
in gleicher Weise, als wenn die entsprechende Taste von Hand betätigt würde. Alternativ kann
bestimmt werden, dass die Öffnungsabsicht erst
bei Berührung
der Innenseite des Griffes eindeutig ist. Die mechanische (oder
elektrische) Verriegelung öffnet.
Wird der Türgriff
nicht betätigt,
schließt die
Verriegelung nach einer geeigneten Zeitspanne. Der Schließvorgang
erfolgt durch Betätigen
des entsprechenden Schalters am RemoteKey. Empfängt der Trigger keine Wechselspannungssignale
mehr, geht der Funkschlüssel
wieder in einen stromsparenden Zustand. (sleep)
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Durch
die Kombination der Erfindung und klassischen Funkfernbedienungen
bleibt deren bekannte Funktionalität und damit die Bedienung über eine
Distanz von bis zu 20 m möglich.
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- 1. Zugangsabsicht in ein Kfz (oder durch eine mit der Vorrichtung
versehene stationäre
Tür)
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Annäherungssensor
im Türgriff
nach außen geschaltet,
Annäherung
einer Hand an den Griff erfolgt, Wechselspannungs-Triggersignal
wird abgegeben (evtl. mit Daten beaufschlagt).
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Fall
a) keine Antwort auf dem bestimmungsgemäßem Signalweg (z.B. per Funk),
Folge: unbekannte Person in unmittelbarer Nähe (Licht einschalten, Warnton
abgeben, Bildaufzeichnung starten)
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Fall
b) erwartete Antwort auf bestimmungsgemäßem Signalweg, Folge: vorbereitende
Maßnahmen,
die den späteren
(gewollten) Zugang ermöglichen,
z.B. Steuer-Elektronik aus Schlafzustand wecken, Code verifizieren, Öffnungsmechanismen
aktivieren (noch nicht entriegeln), Annäherungssensorabfrage auf die
Innenseite des Griffes umschalten.
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Fall
b1) Person entfernt sich wieder, Folge: ein Timer läuft ab,
System bleibt verriegelt, Annäherungssensor
nach außen
schalten, System geht in Stromsparzustand.
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Fall
b2) Sensor erkennt Öffnungsabsicht (Annäherung innen
im Griff), Folge: Entriegelung erfolgt (ungeprüft oder durch erneute Triggerung
der Fernbedienung),
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Annäherungssensor
schaltet (bei Türzuziehhilfen)
auf Schließkantenüberwachung
um Einklemmen von Körperteilen
zu vermeiden.
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- 3. Beim Betätigen
automatischer Fensterheber überwachen
der Schließkanten
um Einklemmen von Körperteilen
zu vermeiden.
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Sensor
wird temporär
auf den Startknopf geschaltet und wird bei dessen Betätigung erneut
abgefragt. Triggerung wird über
die Haut des Fahrers (inkl. Sitzkontrolle) als kapazitives Wechselfeld
abgegeben. Der Fernbedienung im Funkschlüssel reagiert nur, wenn sie
sich ebenfalls im Innenraum befindet (Faradayscher Käfig). Ansonsten
ging der Schlüssel beim
Einsteigen verloren, worauf hingewiesen werden kann.
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Der
Türöffnungsschalter
signalisiert, dass einen Aussteigevorgang. Nach dem Schließen der
Tür prüft der Sensor
zuerst, ob der Funkschlüssel
(RemoteKey) noch im Fahrzeug ist. Hierzu wird ein Impuls über den
Griff ausgesandt. Erfolgt eine Rückmeldung,
so hat der Fahrer den Schlüssel
bei sich (nicht vergessen) und die Tür kann automatisch verriegelt
werden. Würde
der Funkschlüssel
im Fahrzeug gelassen, kann ihn das Triggersignal nicht erreichen
(Faradayscher Käfig).
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Der
Schlüssel
kann auch, wie gewohnt, durch Drücken
der Tasten bedient werden, da die Erfindung diese nur bedarfsgerecht überbrückt.