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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen in einem Cockpit mit reduzierter Verkabelung eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens ein an oder in dem Cockpit angeordnetes Bedienelement und eine beabstandet von dem mindestens einen Bedienelement angeordnete Signalgebereinheit, die an oder in einem Fahrzeugsitz so angeordnet ist, dass über einen auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Nutzer bei einem Annähern eines Körperteils des Nutzers an das mindestens eine Bedienelement und/oder einem Berühren des mindestens einen Bedienelements durch das Körperteil über den Nutzer kapazitiv eine Signalinformation übertragbar ist, und eine Auswerteeinheit, die in Abhängigkeit von der übertragenen Signalinformation ein Steuersignal erzeugt.
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In Kraftfahrzeugcockpits sind Bedienelemente angeordnet, die zum Bedienen von Komponenten des Kraftfahrzeugs und zum Auslösen von Funktionen verwendet werden. Die Bedienelemente können hierbei unterschiedlich ausgestaltet sein. Die derzeit in Kraftfahrzeugen verwendeten Bedienelemente sind jeweils über eine oder mehrere Signalleitungen mit der zu bedienenden Komponente oder einem Steuergerät verbunden. Aufwendiger gestaltete Bedienelemente können ein eigenes kleines Steuergerät umfassen, das über ein Datenbussystem mit weiteren Steuergeräten oder Komponenten verbunden ist. Den derzeit verwendeten Bedienelementen ist es somit gemeinsam, dass sie über eine oder mehrere Signalleitungen mit übrigen Komponenten des Fahrzeugs verbunden sind. Diese Signalleitungen sind üblicherweise in einem Kabelbaum zusammengefasst. Da moderne Kraftfahrzeuge in einer großen Variantenzahl hergestellt werden, weisen die zum Einsatz kommenden Kabelbäume eine hohe Komplexität und ebenfalls eine große Variantenvielfalt auf. Aufgrund des begrenzten Bauraums in einem Kraftfahrzeugcockpit ist eine Verlegung eines Kabelbaums aufwendig. Ferner ist die Herstellung des Kabelbaums selbst kostspielig.
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Um die Bedienmöglichkeiten in einem Kraftfahrzeugcockpit zu erweitern, insbesondere um für einen Fahrer und einen Beifahrer unterschiedliche Funktionen bei einer Betätigung desselben Bedienelements auslösen zu können, ist in
DE 43 01 160 C2 eine Einrichtung zur Steuerung von mit Bedienelementen versehenen Geräten in Kraftfahrzeugen offenbart, bei der mindestens im Fahrersitz und im Beifahrersitz und in mindestens einem Bedienelement elektrische Koppelelemente vorgesehen sind, die bei Berührung des Bedienelementes über die auf dem jeweiligen Sitz befindliche Person ein Weg für ein Signal bilden, das einer Auswerteschaltung zuführbar ist und das anzeigt, welche Person das Bedienelement berührt.
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Aus
DE 103 05 341 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur selektiveren Schaltsignalgenerierung in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Ziel der Schaltungsanordnung ist es zu ermöglichen, dass bestimmte Schaltvorgänge beispielsweise nur von einem Fahrzeugführer, der sich auf dem Fahrersitz befindet, durch das Betätigen eines Bedienelementes ausgelöst werden können. Die Schaltungsanordnung ist so ausgestaltet, dass Schaltsignale in Abhängigkeit davon generiert werden, ob eine Schalteinrichtung durch den Anwender selektiv betätigt wird. Hierzu wird im Rahmen der Betätigung der Schalteinrichtung in den Anwender ein Einrichtungssignal eingekoppelt und durch den Anwender übertragen. Auf Grundlage des in den Anwender eingekoppelten Einrichtungssignals wird das Schaltsignal generiert. Die Schalteinrichtung, ein Schalter oder Sensortaster, ist an einem Anschluss mit einer Signalquelle verbunden, die eine Frequenz im kHz-Bereich in diese Schalteinrichtung einspeist. Im Sitz des Anwenders befindet sich eine leitende Fläche, die das Signal aufnehmen kann, wenn der Anwender den Schalter berührt und damit das Signal (kapazitiv) über seinen Finger auf seine Haut überträgt. Hierdurch wird eine so genannte Body-Bridge gebildet. Ein an die leitende Fläche angeschlossener Empfänger detektiert ein in die leitende Platte eingespeistes Signal. Der Schalter erfüllt außerdem seine bestimmungsgemäße Funktion. Dies bedeutet, dass er über eine Signalleitung des Kabelbaums mit einer entsprechenden Komponente verbunden ist, zu deren Bedienung das Bedienelement vorgesehen ist. Das von der Schaltungsanordnung erzeugte Signal dient als Freigabesignal, um sicherzustellen, dass das Bedienelement durch den zur Bedienung vorgesehenen Anwender betätigt wurde.
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In einer Weiterbildung ist in
DE 103 05 341 A1 eine Ausführungsform beschrieben, bei der in dem Cockpit eine leitende Fläche angeordnet ist. Beim Berühren eines darüber angebrachten Sensors wird über die Haut des Bedieners und die Sitzfolie ein Wechselstromkreis geschlossen. Im betreffenden Sensor wird eine Wechselspannung gleichgerichtet und in einem Kondensator gespeichert. Mit dieser Gleichspannung wird ein Register, welches eine Identifizierungsnummer enthält, bitweise an einen elektronischen Schalter geführt, der die Belastung des Wechselstromkreises verändert. Der Empfänger ist ausgebildet, die Identifizierungsnummer zu detektieren und leitet diese an das Steuergerät weiter, welches den Schaltvorgang auslösen soll, der durch die Bedienung des entsprechenden Schalters beabsichtigt ist.
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Auch die
DE 20 2006 001 837 U1 beschreibt eine elektronische Schaltungsanordnung bei der über den Körper eines Nutzers Signale übertragen werden. Hierbei wird eine aktive Modulation in einer Eingabekomponente durchgeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen zu schaffen, mit der eine weitere Reduzierung der Verkabelung oder ein kabelloses Cockpit eines Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist bei einer eingangs genannten Vorrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen vorgesehen, dass eine Erfassungseinheit, die ausgebildet ist, die übertragenen Signalinformationen zu erfassen, an oder in dem Fahrzeugsitz angeordnet und mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist. Dies bedeutet, dass sowohl die Signalgebereinheit als auch die Erfassungseinheit an oder in dem Fahrzeugsitz angeordnet sind, auf dem sich der Bediener des mindestens einen Bedienelements befindet. Hierdurch wird erreicht, dass der Verkabelungsaufwand im Cockpit deutlich reduziert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders, um Bedienelemente am Lenkrad des Kraftfahrzeuges anzuordnen. Für die dort verwendeten Bedienelemente ist im Stand der Technik eine kompliziert zu montierende Wickelfeder, die Signalleitungen umfasst, notwendig. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese Wickelfeder eingespart werden. Dieses führt zu einer Kostenersparnis durch eine einfachere Montage der Bedienelemente und einen geringeren Konstruktionsaufwand und einem geringeren Materialeinsatz. Die Erfassungseinheit ist erfindungsgemäß ausgestaltet, als übertragene Signalinformation die in den Nutzer eingekoppelte Leistung des Anregungssignals zu erfassen. Hierdurch ist es möglich, die Erfassungseinheit in oder an der Signalgebereinheit auszubilden. Diese können in eine gemeinsame Vorrichtung oder Schaltungsanordnung integriert werden. Hierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau ermöglicht.
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Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Bedienelement ausgestaltet, einem von der Signalgebereinheit kapazitiv in den Nutzer eingekoppelten Anregungssignal bei der Annäherung des Körperteils und/oder der Berührung durch das Körperteil Energie zu entziehen. Die übertragene Signalinformation ist dann in der übertragenen Energie enthalten.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine Bedienelement einen auf eine Resonanzempfangsfrequenz fe abgestimmten Schwingkreis umfasst. Diese Ausführungsform entzieht einem über den Körper des Nutzers übertragenen Anregungssignal dann Energie, wenn die Anregungsfrequenz fa des Anregungssignals mit der Resonanzempfangsfrequenz fe übereinstimmt. Je höher die Güte des Resonanzschwingkreises ist, desto genauer müssen die Resonanzempfangsfrequenz fe und die Anregungsfrequenz fa übereinstimmen, dass eine Energieabsorption in dem Bedienelement stattfindet.
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Bei einer nicht erfindungsgemäßen Alternative ist, um ausschließen, dass ein Teil der in den Nutzer eingekoppelten Leistung des Anregungssignals über leitende Bauteile des Kraftfahrzeugs abgeleitet wird und so fälschlich eine Betätigung des mindestens einen Bedienelements detektiert wird, vorgesehen, dass das mindestens eine Bedienelement ausgestaltet ist, bei der Annäherung des Körperteils und/oder der Berührung durch das Körperteil ein Betätigungssignal mit einer für das mindestens eine Bedienelement spezifischen Betätigungssignalfrequenz fs zu erzeugen, die von der Resonanzempfangsfrequenz fe abweicht. Bei einer solchen Ausführungsform wird es möglich, eine Betätigung des Bediensignals sicher dadurch zu erfassen, dass die Betätigungssignalfrequenz fs detektiert wird. Vorteilhafterweise ist bei einer solchen Ausführungsform die Empfangseinheit so ausgestaltet, dass sie die Betätigungssignalfrequenz fs optimal erfassen kann. Da das Betätigungssignal schwächer als das Anregungssignal ist, ist die Empfangseinheit bei einer solchen Ausführungsform vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Anregungsfrequenz in der Empfangseinheit unterdrückt bzw. herausgefiltert wird.
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Um auch Bedienelemente verwenden zu können, die unterschiedliche Schaltzustände aufweisen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das mindestens eine Bedienelement ausgestaltet ist, unterschiedliche Schaltzustände anzunehmen, die sich durch die Resonanzempfangsfrequenz fe unterscheiden. Beispielsweise kann bei einem Drehschalter über den Drehschalter die Resonanzempfangsfrequenz des Schwingkreises des Bedienelements abgestimmt werden. Alternativ können mit der Oberfläche des Bedienelements unterschiedliche Schwingkreise gekoppelt werden. Um die unterschiedlichen Schaltzustände der einzelnen Bedienelemente langfristig verfügbar zu haben, werden die Schaltzustände in einer Speichereinrichtung abgelegt. Hierdurch wird es möglich, bei einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs die Stellung des mindestens einen Bedienelements, d.h. den Zustand, in dem sich das Bedienelement befindet, zu ermitteln.
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Bei einem besonders bevorzugten Kraftfahrzeugcockpit wird an oder in dem Cockpit ein weiteres Bedienelement angeordnet, das eine weitere Resonanzempfangsfrequenz f'e aufweist, die sich von der Resonanzempfangsfrequenz fe des mindestens einen Bedienelements unterscheiden. Selbstverständlich können zusätzliche Bedienelemente in dem Cockpit vorgesehen sein, die jeweils individuelle Resonanzempfangsfrequenzen aufweisen. Hierdurch wird es möglich, ein sehr stark kabelreduziertes oder sogar kabelloses Cockpit aufzubauen. Die Bedienelemente können in dem Cockpit beliebig angeordnet werden. Hierdurch wird eine Designfreiheit für Kraftfahrzeugkonstrukteure deutlich gesteigert. Die Notwendigkeit, eine Signalleitungszuführung zu ermöglichen, entfällt.
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Insbesondere wenn mehrere Bedienelemente vorgesehen sind, wird es bevorzugt, dass die Signalgebereinheit eine Anregungsfrequenz des Anregungssignals zeitlich variiert und die Auswerteeinheit mit der Signalgebereinheit gekoppelt ist und die Auswertung abhängig von der Anregungsfrequenz fa ausgestaltet ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise die in den Nutzer eingekoppelte Leistung des Anregungssignals anregungsfrequenzbezogen ausgewertet wird. Die Betätigung eines bestimmten Bedienelements kann daran erkannt werden, dass bei der zugehörigen Resonanzempfangsfrequenz von dem Bedienelement Energie aus dem über den Nutzer übertragenen Anregungssignal entzogen wird.
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Das oder die Bedienelemente sind in dem Cockpit ohne eine Kopplung an eine bedienelementspezifische Signalleitung des Cockpits in oder an diesem angeordnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen;
- 2 eine Darstellung eines Kraftfahrzeugcockpits;
- 3 bis 6 Detaildarstellungen von Bedienelementen des Cockpits nach 2.
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In 1 wird eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Steuersignalen in einem Cockpit mit reduzierter Verkabelung eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Ein Bedienelement 2 ist in einem Armaturenbrett 3 angeordnet. Beabstandet von dem Armaturenbrett 3 ist ein Fahrzeugsitz 4 in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet. In einer Sitzfläche 5 ist eine metallische Folie 6 eingearbeitet. Mit der metallischen Folie 6 ist eine Signalgebereinheit 7 elektrisch verbunden. Die Signalgebereinheit 7 erzeugt ein Anregungssignal mit einer Anregungsfrequenz fa . Die Anregungsfrequenz fa liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 100 kHz. Ein Nutzer 8 des Kraftfahrzeugs befindet sich auf dem Fahrzeugsitz 4. Mit einem Körperteil 9, beispielsweise seiner Hand, nähert sich der Nutzer 8 dem Bedienelement 2. Das Anregungssignal wird über die metallische Folie 6 in den Nutzer 8 eingekoppelt und kapazitiv zu dem Bedienelement 2 übertragen.
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Das Bedienelement 2 ist als Drehschalter ausgebildet. Das Bedienelement 2 umfasst einen Resonanzschwingkreis 10, der bei einer Resonanzempfangsfrequenz fe anregbar ist. Stimmt die Anregungsfrequenz fa des Anregungssignals mit der Resonanzempfangsfrequenz fe überein, so wird der Resonanzschwingkreis 10 angeregt und entzieht dem Anregungssignal Energie. Über eine mit dem Resonanzschwingkreis 10 gekoppelte Schaltungsanordnung 11 wird ein Betätigungssignal mit einer Betätigungssignalfrequenz fs erzeugt. Dieses Betätigungssignal wird von dem Bedienelement 2 über den Nutzer 8 kapazitiv zu der metallischen Folie 6 übertragen. Diese ist zusätzlich zu der Signalgebereinheit 7 mit einer Empfangseinheit 12 gekoppelt. Die Empfangseinheit 12 ist ausgestaltet, das Betätigungssignal zu erfassen. Das Betätigungssignal wird an eine Auswerteeinheit 13 weitergeleitet. Diese wertet das Betätigungssignal aus und erzeugt ein Schaltsignal. Das Schaltsignal wird über einen Fahrzeugdatenbus 14 zu einem Steuergerät 15 übertragen. Das Steuergerät 15 betätigt als Antwort auf den Empfang des Steuersignals einen Aktor 16. Bei dem Aktor 16 kann es sich beispielsweise um einen Gebläseventilator handeln. Das Bedienelement 2 ist vorgesehen, diesen Ventilator zu steuern.
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Das Bedienelement 2 kann vorzugsweise unterschiedliche Schaltzustände annehmen. Der Resonanzschwingkreis 10 und die Schaltungsanordnung 11 sind so ausgebildet, dass die Betätigungssignalfrequenz fs sich jeweils entsprechend des Zustands des Bedienelements 2 ändert. Hierdurch ist es bei einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung möglich, über die Frequenz fs des Betätigungssignals den Schaltzustand des Bedienelements 2 zu ermitteln. Die jeweilige Betätigung des Drehschalters des Bedienelements 2 wird in einem Speicher der Auswerteeinheit 13 gespeichert. So liegt die Information über den Schaltzustand des Bedienelements 2 jederzeit vor.
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Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung 11 fehlt. In einem solchen Fall detektiert die Erfassungseinheit vorzugsweise die in den Nutzer 8 eingekoppelte Leistung des Anregungssignals. Berührt der Nutzer 8 das Bedienelement 2, so wird von dem Resonanzschwingkreis 10 Energie aufgenommen. Hierdurch ergibt sich eine Änderung der in den Nutzer 8 eingekoppelten Leistung. Somit kann anhand der eingekoppelten Leistung ein Betätigen des mindestens einen Bedienelements ermittelt werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Frequenz des Anregungssignals fa zeitlich variiert wird. Sind in dem Armaturenbrett weitere Bedienelemente (nicht dargestellt) angeordnet, so kann das Betätigen eines dieser weiteren Bedienelemente anhand der Frequenz ermittelt werden, bei der sich die in den Nutzer eingekoppelte Leistung des Anregungssignals ändert. Dies setzt voraus, dass jedes der Bedienelemente eine individuell festgelegte weitere Resonanzempfangsfrequenz f'e aufweist.
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Bei wieder einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die weiteren (nicht dargestellten) Bedienelemente jeweils eine Schaltungsanordnung umfassen, die ein weiteres Betätigungssignal jeweils mit einer individuell festgelegten weiteren Betätigungssignalfrequenz f's erzeugen. Die unterschiedlichen weiteren Bedienelemente können nicht erfindungsgemäß bei dieser Ausführungsform anhand der Frequenz f's des weiteren Betätigungssignals ermittelt werden.
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Es sind ebenfalls Ausführungsformen denkbar, bei denen sich sowohl die weiteren Resonanzempfangsfrequenzen f'e der weiteren Bedienelemente als auch deren weiteren Betätigungssignalfrequenzen f's unterscheiden. Hierdurch kann die Identifikation eines der weiteren Bedienelemente oder eines Zustands eines der weiteren Bedienelemente verbessert werden. Insbesondere die Zuverlässigkeit kann aufgrund einer Plausibilitätsüberprüfung, ob sowohl die weiteren Resonanzempfangsfrequenz f'e als auch die weitere Betätigungssignalfrequenz f's zu einem weiteren Bedienelement korrespondieren, erhöht werden.
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Das Bedienelement 2 ist in dem Armaturenbrett 3 so angeordnet, dass keine Signalleitung für das Bedienelement vorgesehen ist. Hierdurch kann ein Kabelbaum in dem Armaturenbrett mit einer geringeren Anzahl von Signalleitungen oder gänzlich ohne Signalleitungen ausgestaltet werden. Zwischen dem zu betätigenden Aktor 16 und dem Bedienelement 2 ist keine elektrisch leitende Signalverbindung ausgebildet.
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In 2 ist die Ansicht eines Kraftfahrzeugscockpits dargestellt. Sowohl in einer Sitzfläche 21 eines Fahrersitzes als auch einer weiteren Sitzfläche 22 eines Beifahrersitzes sind jeweils Heizelemente einer Sitzheizung mit einer Signalgebereinheit und einer Empfangseinheit verbunden. Die elektrischen Leiter der Heizelemente (nicht dargestellt) übernehmen dieselbe Funktion, wie die metallische Folie 6 der Ausführungsform nach 1. Allgemein muss in der Sitzfläche oder dem Fahrzeugsitz an anderer geeigneter Stelle lediglich gewährleistet sein, dass das Anregungssignal und gegebenenfalls das Betätigungssignal kapazitiv über den auf dem jeweiligen Fahrzeugsitz befindlichen Nutzer zu und von dem Bedienelement von dem Signalgeber bzw. zu der Empfangseinrichtung übertragen werden. Einzelne oder alle Bedienelemente 23 in dem Kraftfahrzeugcockpit können so ausgestaltet werden, dass sie nach dem oben beschriebenen Wirkprinzip im Zusammenspiel mit der Auswerteeinheit Schaltsignale erzeugen. Da eine Signalleitung zu den Bedienelementen 23 nicht mehr notwendig ist, können die Bedienelemente 23 auch an Orten angeordnet sein, zu denen eine Zuführung einer Signalleitung unmöglich oder nur sehr schwer möglich ist. Dies kann beispielsweise auf einem Luftleitgitter 24 eines Zuluftschachtes 25 eines Belüftungssystems sein.
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Die 3 bis 6 zeigen Detailansichten des Cockpits nach 2, um anzudeuten, an welchen Stellen Bedienelemente vorteilhaft angeordnet sein können. In 3 ist ein Drehwahlschalter 26 sowie ein Stellrad 27 zur Bedienung der Fahrzeugbeleuchtung dargestellt. Ein als Stellrad 27 ausgestaltetes Bedienelement kann so ausgebildet sein, dass über das Stellrad 27 ein Drehkondensator oder ein Potentiometer verändert wird, so dass die Resonanzempfangsfrequenz fe und/oder die Betätigungssignalfrequenz fs stufenlos verändert werden. Eine Stellradstellung kann somit von der Auswerteeinheit zuverlässig ermittelt werden.
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In 4 sind Bedienelemente 28 auf einem Lenkrad 29 dargestellt. Für die Bedienelemente 28 auf dem Lenkrad 29 ist es besonders vorteilhaft, dass keine Signalleitungen zu den Bedienelementen 28 verlegt werden müssen. Hierdurch kann eine heute gebräuchliche Wickelfeder, in der die Signalleitungen geführt werden, eingespart werden.
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In 5 sind Bedienelemente benachbart zu einem Aschenbecher 30 in der Mittelkonsole des Cockpits nach 2 dargestellt.
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In 6 sind Bedienelemente 31 in einem Fahrzeughimmel dargestellt.
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Bei dem oben beschriebenen Aktor kann es sich um ein beliebiges Fahrzeugsystem, beispielsweise eine elektrische Komponente, wie eine Fahrzeugbeleuchtung, ein Steuergerät, einen Stellmotor, ein Multimediagerät, wie einen CD-Player, usw. handeln.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen
- 2
- Bedienelement
- 3
- Armaturenbrett
- 4
- Fahrzeugsitz
- 5
- Sitzfläche
- 6
- metallische Folie
- 7
- Signalgebereinheit
- 8
- Nutzer
- 9
- Körperteil
- 10
- Resonanzschwingkreis
- 11
- Schaltungsanordnung
- 12
- Empfangseinheit
- 13
- Auswerteeinheit
- 14
- Fahrzeugdatenbus
- 15
- Steuergerät
- 16
- Aktor
- 20
- Cockpit
- 21
- Sitzfläche eines Fahrersitzes
- 22
- weitere Sitzfläche eines Beifahrersitzes
- 23
- Bedienelement
- 24
- Luftleitgitter
- 25
- Zuluftschacht
- 26
- Drehwahlschalter
- 27
- Stellrad
- 28
- Bedienelemente
- 29
- Lenkrad
- 30
- Aschenbecher
- 31
- Bedienelemente
