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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Hindernisses
in einem Bewegungsraum, der von einem längs einer vorbestimmten Bewegungsbahn
beweglichen Bauteil überstrichen wird,
insbesondere einem öffnen-
und schließbaren Verdeck
eines Cabrioletfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung
zum Detektieren eines Hindernisses in einem Bewegungsraum, der von
einem längs
einer vorbestimmmten Bewegungsbahn beweglichen Verdeck eines Cabrioletfahrzeugs überstrichen
wird.
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In
den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche wird von der
DE 102 48 762 B4 ausgegangen.
In dieser Druckschrift ist ein Kraftfahrzeug mit einem öffnen- und
schließbaren
Verdeck, einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Verdeckbewegung
und einer Detektionseinrichtung, welche eine Sensorik zur Erkennung
eines Eingriffs in einen Bewegungsraum eines Verdeckmechanismus
aufweist, beschrieben, bei dem die Sensorik nach unterschiedlichen
Messprinzipien messende Sensoren aufweist, wobei nach Erkennen einer
Störung
der Detektionseinrichtung oder nach Erkennen einer Einklemmsituation
die Verdeckbewegung in einem Sicherheitsmodus gesteuert wird, in
dem die Verdeckbewegung mit reduzierter Geschwindigkeit und Kraft
fortgesetzt oder stillgesetzt oder reversiert wird.
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Die
Messprinzipien, die gemäß der vorgenannten
Druckschrift verwendet werden, sind beispielsweise eine Bildgebung
mit elektronischer Bildauswertung, ein kapazitives Messverfahren,
für die entsprechende
Elektroden an zweckentsprechenden Stellen des Fahrzeugs angeordnet
sind, eine Auswertung der zur Bewegung des Verdecks erforderlichen
Leistung usw.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit beim Detektieren
eines Hindernisses insbesondere in der Bewegungsbahn eines Cabrioverdecks
zu verbessern, ohne dass der dafür
erforderliche Aufwand wesentlich erhöht wird.
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Eine
erste Lösung
dieser Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden die Möglichkeiten
der Erkennung eines Hindernisses durch dessen Beeinflussung der
dielektrischen Eigenschaften von Volumenelementen innerhalb des
Bewegungsraums gezielt ausgenutzt, indem unterschiedliche Durchführungsformen
der kapazitiven Messung für
zumindest einige der Volumenelemente angewandt werden. Dadurch lässt sich die
Detektionssicherheit eines Hindernisses deutlich verbessern, ohne
dass grundsätzlich
verschiedene Messverfahren, wie lichtoptische, elektrooptische Messverfahren
oder eine Leistungsmessung des Antriebs des Verdecks erforderlich
sind.
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Die
Unteransprüche
2 bis 5 sind auf vorteilhafte Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
gerichtet.
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Der
Anspruch 6 ist auf den grundsätzlichen Aufbau
einer Vorrichtung zur Lösung
der Erfindungsaufgabe gerichtet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird mit den Merkmalen der Ansprüche
7 bis 12 in vorteilhafter Weise weitergebildet.
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Die
Erfindung, die ganz allgemein zur Detektion von Hindernissen in
der Bewegungsbahn eines sich längs
einer vorbestimmten Bewegungsbahn bewegenden Bauteils anwendbar
ist, eignet sich besonders gut zur Verwendung in Cabrioletfahrzeugen
und wird in dieser Anwendung beispielhaft erläutert.
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In
den Figuren stellen dar:
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1 eine
schematische Aufsicht auf ein Cabrioletfahrzeug bei abgenommenem
Verdeck.
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Hälfte
eines Verdeckgestänges
mit einem Blockschaltbild der Betätigungsvorrichtung für das Verdeck
und einer Überwachungsvorrichtung
und
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3 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung der
Erfindung.
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1 zeigt
ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Cabrioletfahrzeug mit
geschlossenem Verdeck 12, das von dem oberen Windschutzscheibenrahmen 14 bis
zum Vorderrand einer Heckklappe 16 reicht und an dem seitlich
Seitenscheiben 18 des Fahrzeugs anliegen, sofern sie geschlossen
sind.
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2 zeigt
perspektivisch die in Fahrtrichtung gesehen linke Hälfte des
Verdecks bei abgenommenem Verdeckstoff. Sichtbar sind ein vorderes Seitenteil 20,
ein mittleres Seitenteil 22 und ein hinteres Seitenteil 24,
die über
ein Gestänge 26 miteinander
verbunden sind und mittels eines Hydraulikzylinders 27 in
die dargestellte Schließstellung
und eine Öffnungsstellung
bewegbar sind, in der das gesamte Verdeck unter einem Verdeckdeckel 28 (1)
im Heckbereich des Fahrzeugs aufgenommen ist. Weiter ersichtlich
sind Querspriegel 30, die sich quer über den Fahrzeuginnenraum erstrecken,
und ein Spannbügel 32,
der eine Heckscheibe 34 trägt und das Verdeck nach hinten
abspannt.
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Die
in 2 dargestellten Bauteile sind an der rechten Fahrzeugseite
in gleicher Weise vorhanden.
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Zur
Betätigung
des Hydraulikzylinders 27 dient eine Ventilbaugruppe 36,
die von einer Endstufe 38 angesteuert wird, der Signale
von einem Steuergerät 40 zugeführt werden.
Das Steuergerät 40 enthält beispielsweise
einen Eingang 42, bei dessen Signalbeaufschlagung das Verdeck
geöffnet
wird, wobei die Öffnung
anhält,
bis eine Endstellung erreicht ist. Weiter hat das Steuergerät 40 einen
Eingang 44, über
den eine Schließbewegung
auslösbar
ist, die anhält,
bis das Verdeck in seinem voll geschlossenen Zustand ist.
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Die
bisher beschriebene Anordnung ist an sich bekannt und wird daher
nicht im Einzelnen erläutert.
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Erfindungsgemäß ist in
das Steuergerät 40 eine
Auswerteeinheit 46 integriert, die zahlreiche zum Teil
bidirektionale Ausgänge 48 aufweist,
die mit elektrisch leitenden Bauteilen bzw. Elektroden verbunden
sind, die beispielsweise durch die Verdeckgestängeteile selbst, durch in den
Verdeckstoff integrierte Leiterbahnen, durch in an den Seitenteilen vorgesehenen
Dichtungen integrierte Leiter, durch das Fahrzeugchassis, das gegenüber dem
das Verdeck insgesamt elektrisch isoliert ist, durch in seitliche
Rammschutzleisten 50 (1) integrierte
Leiter usw. gebildet sein können.
Beispielhaft ist eine Elektrode 52 angedeutet.
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Die
Auswerteeinheit 46 enthält
Schaltungen, mit denen die Elektroden in unterschiedlicher Weise zusammengeschaltet
werden können,
so dass sie insgesamt jeweils einen Kondensator bilden, dessen Kapazität bzw. insbesondere
dessen Kapazitätsänderungen
während
der Bewegung des Verdecks gemessen werden und hinsichtlich Unnormalitäten ausgewertet
werden. Anhand der Unnormalitäten
kann ein Hindernis entdeckt werden, so dass ein Einklemmen des Hindernisses,
beispielsweise eines Fingers, durch das sich schließende oder
auch das sich öffnende
Verdeck verhindert werden kann, indem die Verdeckbewe gung gestoppt
wird oder um einen gewissen Betrag rückgängig gemacht wird, bis das
Hindernis nicht mehr vorhanden ist. Zusätzlich kann beispielsweise
an einem Ausgang 54 bei festgestelltem Hindernis ein Warnsignal
erzeugt werden.
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Im
Folgenden werden die erfindungsgemäßen Funktionalitäten, die
mit an sich bekannten Schaltungen erzielt werden können, im
Einzelnen erläutert:
Die
Elektroden sind vorteilhafterweise derart angeordnet, dass sie nicht
direkt nebeneinander positioniert sind, sondern derart, dass sich
die elektrischen Felder der Elektroden gegenseitig zumindest geringfügig überlappen.
Dadurch bewirkt ein Hindernis innerhalb eines Volumenbereiches des
vom Verdeck bei seiner Bewegung überstrichenen
Bewegungsraums Kapazitätsänderungen
beispielsweise an zwei unterschiedlich positionierten Kondensatoren,
wobei die Position der Kondensatoren bzw. von deren Elektroden bekannt
ist, so dass der Ort des detektierten Objekts bzw. Hindernisses
sowie gegebenenfalls dessen Bewegungsrichtung bestimmt werden kann. Auch
ist es möglich,
die Position eines detektierten Objektes einem definierten Raum,
beispielsweise einem Gefahrenraum zuzuordnen, in dem das Objekt mit
der Bewegung des Verdecks kollidiert, oder einem ungefährlichen
Raum, in dem das Objekt keine Gefahr bildet.
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Als
Elektroden lassen sich alle metallischen Bauteile des Fahrzeugs
nutzen, die sich gegenüber dem
Massepotential des Chassis bzw. des Rohbaus isolieren lassen, der
selbst als Elektrode dienen kann. Das Verdeck kann beispielsweise
gegenüber dem
Rohbau isoliert sein, indem seine Lager elektrisch isoliert sind.
In nicht leitende Teile, wie Dichtungen oder auch die seitlichen
Rammschutzleisten 50 können
Drähte
implementiert werden. Weiterhin können durch leitfähige Zusätze leitfähig gemachte Gummiteile
verwendet werden usw. Auch die Verwendung von Leitlack oder beispielsweise
in den Verdeckstoff eingewebte Drähte sind möglich.
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An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht nur
für Stoffverdecke
aller Art verwendet werden kann, sondern auch an Hartschalendächern einsetzbar
ist.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen
Elektroden, die beispielsweise über
eine jeweils eigene, mit einem der Ausgänge 48 verbundene
Leitung mit der Auswerteeinheit 46 verbunden sind, sind unterschiedlichste
Kondensatorkonfigurationen möglich,
indem beispielsweise bereits in der Auswerteeinheit 46 unterschiedlichste
Elektroden miteinander elektrisch verbunden und/oder zu elektrisch
voneinander getrennten Kondensatorelektroden zusammengeschaltet
werden.
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Die
Bestimmung der Verdeckposition oder der Position anderer beweglicher
Fahrzeugteile, beispielsweise der Türen, der Seitenscheiben usw.
kann rein kapazitiv erfolgen, wenn beispielsweise das Verdeck insgesamt
als Elektrode benutzt wird und der Rohbau als Gegenelektrode verwendet
wird. während
der Verdeckbewegung ändert
sich das elektrische Feld zwischen Verdeck und Rohbau. Aus dieser Kapazitätsänderung
kann beispielsweise durch Vergleich mit einer vorher aufgenommenen
Kennlinie, die die Kapazität
bzw. deren Änderung
in Abhängigkeit
von der Verdeckstellung angibt, die augenblickliche Verdeckposition
ermittelt werden. Es versteht sich, dass auch die Kapazität zwischen
einem sich bei einer Bewegung des Verdecks bewegenden Gestängeteil
relativ zu einem anderen sich bei einer Bewegung des Verdecks in
vorbestimmter Weise relativ zu diesem Gestängeteil bewegenden Teil zur
Bestimmung der augenblicklichen Verdeckstellung herangezogen werden
kann.
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Je
nach Zweckmäßigkeit
können
unterschiedliche Verfahren zur Messung der Kapazität bzw. von
deren Änderung
verwendet werden.
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Beispielsweise
können
Elektroden, beispielsweise Folienelektroden, derart angeordnet sein,
dass nur Veränderungen
in deren Streufeld gemessen werden. Dies geschieht am besten dadurch, dass
der durch die Elektroden gebildete Kondensator Bestandteil eines
Schwingkreises ist, der bei bzw. nahe seiner Resonanzfrequenz betrieben
wird und durch Annäherung
eines Objektes, das das Dielektrikum verändert, beispielsweise einer
menschlichen Hand, verstimmt wird. Dieses Verfahren ist auch dann
zweckmäßig, wenn
zwei Elektroden einen wohl definierten, sich gegebenenfalls in bekannter
Weise verändernden
Abstand haben. Wenn dagegen eine Kapazitätsmessung gegenüber Erde
(Elektrode am Fahrzeug und Gegenelektrode beispielsweise durch eine
auf der Erde stehenden Person) erfolgt, wird die Kapazität beispielsweise
zweckmäßiger durch
Beaufschlagung der Elektrode mit einer vorbestimmten Spannungsänderung
gemessen.
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Bei
einem weiteren Verfahren kann beispielsweise kapazitiv über eine
Sendeelektrode (z.B. in der Rammschutzleiste) bei außerhalb
eines Fahrzeugs befindlicher Person oder z.B. über eine Folie im Sitz des
Fahrzeugs bei innerhalb des Fahrzeugs befindlicher Person Leistung
in die Person eingekoppelt werden und diese Leistung über eine
weitere Elektrode, z.B. das Verdeck, ausgekoppelt werden. Dabei
wird je nach Einkopplung ein Code übermittelt, der erlaubt, der
Person einen bestimmten Ort zuzuordnen. Auf diese Weise können zur
weiteren gezielten Überwachung,
ob die Person zum Hindernis wird, gezielt weitere Elektroden aktiviert
werden.
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Durch
die Kombination mehrerer Messverfahren lassen sich die Nachteile
der verschiedenen Verfahren ausschalten. Beispiels weise kann ein Stock,
der durch missbräuchliche
Handhabung in eine Schere des Verdeckgestänges gesteckt wurde, durch
die Messung der Änderung
der Kapazität
gegenüber
Erde nicht gut detektiert werden. Die Auswertung der Verschiebung
einer Resonanzfrequenz durch den Stock dagegen führt zu guten Ergebnissen.
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In
der Auswerteeinheit 46 sind daher Programme abgelegt, die
zweckentsprechend bei einem erkannten Objekt oder möglichem
Hindernis zwischen unterschiedlichen Messverfahren und gegebenenfalls
unterschiedlichen, dafür
verwendeten Elektroden, bzw. bei gleichem Messverfahren zwischen unterschiedlichen
Elektroden umschalten, um das Hindernis bestmöglich zu detektieren und bei
ermittelter Gefahr die Verdeckverstellung zu unterbrechen.
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Anhand
der 3 wird im Folgenden beispielhaft ein erfindungsgemäßes Verfahren
erläutert:
Sei
angenommen, dass im Schritt 60 ein in der Auswerteeinheit 46 abgelegtes
Programm aktiviert wird. Dieses Programm kann beispielsweise gleichzeitig mit
dem Öffnungs-
oder Schließbeginn
des Verdecks aktiviert werden.
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Zunächst läuft eine
Grobauswertung, bei der im Schritt 62 durch Messung der
Kapazität
zwischen Verdeck und Erde überprüft wird,
ob ein Hindernis vorhanden ist.
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Wird
im Schritt 64 ein Einklemmen erkannt, so wird im Schritt 66 der
Verdeckantrieb abgeschaltet und das Programm endet mit dem Schritt 68.
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Wird
im Schritt 64 kein Einklemmen erkannt, so wird im Schritt 70 überprüft, ob sich
ein Objekt im Sicherheitsbereich befindet, beispielsweise bei sich schließendem Verdeck innerhalb
des Fahrzeugs oder außerhalb
sehr nahe am Fahrzeug. Wird im Schritt 70 erkannt, dass
sich das Objekt im Sicherheitsbereich befindet, wird im Schritt 72 überprüft, ob sich
das Dielektrikum im Bereich der Verdecksensoren ändert. Im Schritt 74 wird überprüft, ob diese Änderung
auf ein Einklemmen deutet. Ist dies der Fall, so schaltet das Programm
wiederum auf einen anderen Auswerte-Mode, bei dem im Schritt 76 die
Position des eingeklemmten Objektes erkannt wird. Je nach erkannter
Position kann im Schritt 78 eine situationsabhängige Reaktion
ausgelöst
werden, beispielsweise lediglich ein Abschalten des Verdeckantriebs
oder ein Betätigen
des Verdeckantriebs in Richtung Öffnen
des Verdecks, um das Objekt wieder frei zu geben. Im Schritt 80 kann
das Programm dann enden oder, wenn nach Rückwärtsbewegen des Antriebs festgestellt
wird, dass das Objekt nicht mehr vorhanden ist, zum Schritt 62 oder 72 übergehen.
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Wenn
die Schritte 70 oder 74 zu einem negativen Ergebnis
führen,
geht das Programm zurück zum
Schritt 62.
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Ein
weiterer wichtiger Aspekt, mit dem die Genauigkeit der Ermittlung
eines potentiellen Hindernisses vergrößert wird, ist die Kompensation
von Umwelteinflüssen:
Üblicherweise
werden Umwelteinflüsse,
wie Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen, die Einfluss auf die
kapazitiven Messverfahren haben, über die Dynamik der Änderungen
ermittelt. Dabei wird vorausgesetzt, dass das zu detektierende Objekt
eine schnellere Änderung
der Messgröße hervorruft
als die Änderung
durch Umwelteinflüsse.
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In
Situationen, bei denen diese Art der Kompensation zu Fehlern führt, kann
ein „Umweltsensor" Abhilfe schaffen,
der so angeordnet ist, dass er nur die Änderungen der Umweltbedingungen
registriert. Zur Kompensation der Umwelteinflüsse wird die Messgröße, mit
der ein Objekt detektiert wird, entsprechend dem Signal des Umweltsensors
korrigiert. Beispielsweise ändern
sich Kapazitäten
mit unterschiedlicher Temperatur und Feuchtigkeit in vorbestimmter
Weise, so dass diese Einflüsse
berücksichtigt
werden können.
Anstatt Umwelteinflüsse über den
Umweltsensor zu berücksichtigen,
können
auch die Ausgangssignale verschiedener kapazitiver Sensoren (Kondensatoren)
verglichen werden, um Änderungen
der Kapazität
durch Umwelteinflüsse
zu erkennen und zu korrigieren. Ändern
sich beispielsweise die Ausgangssignale aller Kondensatoren gleichmäßig, so
hat sich beispielsweise nur die Umgebungstemperatur verändert. Wenn
sich dagegen die Kapazität
nur eines einzelnen Sensors bzw. Kondensators ändert, kann dies auf ein Einklemmen
deuten.
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Die
Erkennung von Niederschlag (Regen oder Schnee) ist ein Sonderfall,
da bei aufkommendem Regen durch vereinzelte Regentropfen hervorgerufene Änderungen
sich nicht auf alle Sensoren (Kondensatoren) gleich auswirken. Dennoch
darf nicht auf ein Einklemmen geschlossen werden. Um dies auszuschließen, kann
die Dynamik der Änderung
(Kennlinie beim Auftreffen eines einzelnen Tropfens), die Zunahme
der Auftrittshäufigkeit
und die Amplitude herangezogen werden, um auf Niederschlag zu schließen. Im
Falle einer gewünschten
Niederschlagserkennung (Verdeck soll schließen) kann auf diese Weise über die
beschriebene Sensorik zur Erkennung eines Hindernisses auf Niederschlag
geschlossen werden und ein Niederschlagssensor realisiert werden.
Auch in diesem Fall ist das Umschalten auf unterschiedliche Messverfahren
von Vorteil.
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Um
Umwelteinflüsse
zu eliminieren, muss wiederholt ein Nullabgleich durchgeführt werden. Dieser
Nullabgleich erfolgt vorteilhafterweise immer dann, wenn sich eine
die Messgröße beeinflussende Größe, beispielsweise
der Abstand des Verdecks zum Rohbau, geändert hat. Im vorliegenden
Beispiel des sich bewegenden Verdecks ist es vorteilhaft, den Nullabgleich
positionsabhängig
durchzuführen.
Bei Vorhandensein eines Umweltsensors wird zweckmäßigerweise
immer dann ein Nullabgleich durchgeführt, wenn sich die Temperatur
oder die Luftfeuchtigkeit oder ein sonstiger Umweltparameter deutlich ändern.
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Die
beschriebenen Verfahren zur Detektion eines Hindernisses und damit
zum Erkennen bzw. Vermeiden einer Einklemmsituation sind auch als
Innenraumschutz, speziell für
Cabrios bei geöffnetem Verdeck,
einsetzbar. Die Elektroden werden so angeordnet, dass sich deren
elektrisches Feld ändert, wenn
eine Person in den Innenraum des Fahrzeugs greift bzw. in diesen
eindringt. Auch hierfür
lassen sich vorhandene Elektroden, (z.B. in die Dichtung integrierte
Elektroden) verwenden.
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- 10
- Cabrioletfahrzeug
- 12
- Verdeck
- 14
- Windschutzscheibenrahmen
- 16
- Heckklappe
- 18
- Seitenscheiben
- 20
- vorderes
Seitenteil
- 22
- mittleres
Seitenteil
- 24
- hinteres
Seitenteil
- 26
- Gestänge
- 27
- Hydraulikzylinder
- 28
- Verdeckdecke
- 30
- Querspriegel
- 32
- Spannbügel
- 34
- Heckscheibe
- 36
- Ventilbaugruppe
- 38
- Endstufe
- 40
- Steuergerät
- 42
- Eingang
- 44
- Eingang
- 46
- Auswerteeinheit
- 48
- Ausgänge
- 50
- Rammschutzleiste
- 52
- Elektrode
- 54
- Ausgang