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Die vorliegende Erfindung betrifft eine tragbare Fernbedienungsvorrichtung, die insbesondere zur Fernbedienung beziehungsweise drahtlosen Steuerung einer Funktion eines Fahrzeugs dient.
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Tragbare Fernbedienungsvorrichtungen werden heutzutage beispielsweise häufig zur Fernbedienung bestimmter Funktionen eines Fahrzeugs beziehungsweise Kraftfahrzeugs verwendet. Dabei können durch die häufig als Fernbedienungsschlüssel oder Fernbedienungskarte ausgebildeten Fernbedienungsvorrichtungen eine Vielzahl von Fahrzeugfunktionen aus der Ferne gesteuert werden. Ein weit verbreiteter Einsatz besteht dabei in der Funktion der Fernbedienungsvorrichtung als Teil eines Zugangssystems zum Fahrzeug, wodurch durch ein entsprechendes Funksignal seitens der Fernbedienungsvorrichtung bestimmte Türen oder Klappen des Fahrzeugs ver- und entriegelt werden können. Es ist auch denkbar, diese Fernbedienungsvorrichtungen zum Öffnen und Schließen von Fenstern, Schiebedächern und so weiter zu verwenden. Auch können die Fernbedienungsvorrichtungen in einem Wegfahrsperrensystem integriert sein, so dass durch eine derartige Fernbedienungsvorrichtung ein Zündschloss beziehungsweise eine Wegfahrsperre und/oder eine Diebstahlwarnanlage aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden kann.
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Neben diesen bereits im Markt weit verbreiteten Fernbedienungsfunktionen sollen Fernbedienungsvorrichtungen für Fahrzeuge immer mehr Funktionen enthalten und diese immer weiter verbessern. Insbesondere sollen Funktionen geschaffen werden, die eine große Funkreichweite (beispielsweise im Bereich von einem halben bis zu einem Kilometer) benötigen, oder bei denen durch Schaffung einer Funkstrecke sowie durch Anzeigeelemente das Informationsbedürfnis und der Komfort für einen Benutzer weiter erhöht wird. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass die zum Herstellen einer insbesondere langreichweitigen unidirektionalen oder bidirektionalen Kommunikationsverbindung benötigte kurzzeitige elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird, wobei die Anforderungen eines möglichst kompakten Geräts beachtet werden sollen.
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Wegen der hohen Energiedichte und langen Lebensdauer versorgen häufig nicht wieder aufladbare Batterien, so genannten Primärzellen (beispielsweise in Form von Lithium-Knopfzellen) kleine elektronische tragbare Geräte, wie Fernbedienungsvorrichtungen. Diese Primärzellen stellen jedoch nur einen geringen Strom von wenigen mA zur Verfügung. Somit ist die abstrahlbare Funkleistung einer Sendeeinrichtung, die mit einer Primärzelle betrieben wird, nur begrenzt. Durch einen „klassischen“ Kondensator kann der Strombedarf von mehreren mA nicht funktionsgerecht bereit gestellt werden, weil die Spannung am Kondensator im Wesentlichen nicht konstant bleibt, sondern exponentiell bei der Stromabgabe abfällt. Innerhalb weniger Millisekunden (ms) würde somit eine Sendeeinrichtung, dessen Stromversorgung durch den Kondensator gepuffert wird, unterversorgt und das Aussenden eines Funksignals beziehungsweise Funktelegramms, das typischer Weise einige 100 ms lang ist, würde abbrechen. Außerdem unterliegen kompakte Kondensatoren mit großer Kapazität häufig einem erhöhten Leckstrom, der die den Kondensator ladende Primärzelle zusätzlich belastet, was zur Reduzierung seiner nutzbaren Gebrauchszeit führt. Des Weiteren erfüllen Primärzellen, die den nötigen Strom auch bei niedriger Gebrauchstemperatur (unter 0°C) liefern, häufig wegen ihres Volumens von einigen cm3 nicht die Anforderungen an eine kompakte Gesamtgröße eines elektronischen Geräts, wie einer Fernbedienungsvorrichtung.
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Alternativ könnte ein wieder aufladbarer Akkumulator (eine sogenannte Sekundärzelle) die Stromversorgung für eine Sendeeinrichtung der Fernbedienungsvorrichtung übernehmen. Die Energiedichte und damit die Gebrauchszeit der Sekundärzelle bis zum Austausch oder Nachladen ist jedoch deutlich kleiner (um den Faktor 3 bis 5) als mit der Primärzelle. Ferner müsste für das Nachladen eine kontaktbehaftete oder kontaktlose (induktive) Energieübertragung von einem Ladegerät auf die Sekundärzelle in der Fernbedienungsvorrichtung geschaffen werden, wodurch die Abmessungen und auch der vorrichtungstechnische Aufwand einer damit ausgerüsteten Fernbedienungsvorrichtung erhöht werden.
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Die Druckschrift
DE 697 31 808 T2 offenbart eine Akkumulatoranordnung für ein Telekommunikationsendgerät, bei dem lediglich ein Betriebsmodus im aktiven Zustand des Telekommunikationsendgeräts gezeigt ist, nämlich bei dem die Energieversorgung alleine aus dem Akkumulator bestritten wird, während durch das offene Umschaltelement der Akkumulator von dem Akkumulator trennbar ist.
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Die Druckschrift
DE 103 23 630 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Übertragen eines Messsignals eines Drucksensors, bei der ein Sender zum Übertragen des Messsignals grundsätzlich von einer Batterie versorgt wird. Sollte beispielsweise die Spannung der Batterie zu gering sein, so ist es möglich, einen Stützkondensator zuzuschalten.
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Die Druckschrift
DE 102 56 473 A1 zeigt eine Spannungsversorgungseinrichtung für eine tragbare Fernbedieneinheit, bei der zwei Spannungsquellen zum Versorgen einer Last vorgesehen sind.
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Die Druckschrift
CA 2 380 945 A1 beschreibt eine Anordnung zweier verschiedener Energiequellen.
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Die Druckschrift
WO 2008/101 974 A1 offenbart eine Fernbedienungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit mehreren Energiequellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun eine Energieversorgung für eine Fernbedienungsvorrichtung zu schaffen, die unter Einhaltung einer kompakten Bauform einen Normallastbetrieb mit langer Standzeit und einen gelegentlichen Hochlastbetrieb ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine tragbare Fernbedienungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht dabei darin, das Energieversorgungsproblem in kompakten Handgeräten, wie einer Fernbedienungsvorrichtung, dadurch zu lösen, dass eine erste galvanische Zelle, beispielsweise in der Form einer Primärzelle, die die Energiegrundversorgung zum Gewährleisten einer langen Lebensdauer übernimmt, mit einer wieder aufladbaren zweiten galvanischen Zelle, beispielsweise in Form einer Sekundärzelle, kombiniert wird, die in der Lage ist, einen kurzzeitigen hohen Strombedarf bereit zu stellen, um beispielsweise den Betrieb einer Sendeeinrichtung für ein Funksignal oder dergleichen bereit zu stellen. Die wieder aufladbare zweite galvanische Zelle wird dabei von der ersten galvanischen Zelle wieder aufgeladen.
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Zu diesem Zweck wird eine tragbare Fernbedienungsvorrichtung geschaffen, die eine erste galvanische Zelle (bzw. ein erstes galvanisches Element) zum Bereitstellen von elektrischer Energie mit einer ersten Stromstärke umfasst. Des Weiteren ist in der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung eine wieder aufladbare zweite galvanische Zelle (bzw. ein zweites galvanisches Element) zum Bereitstellen von elektrischer Energie mit einer zweiten Stromstärke vorgesehen, die größer als die erste Stromstärke ist. Schließlich hat die tragbare Fernbedienungsvorrichtung eine erste Verbindungseinrichtung zum Verbinden der ersten galvanischen Zelle und der zweiten galvanischen Zelle derart, dass die zweite galvanische Zelle über die erste Verbindungseinrichtung aufladbar ist. Schließlich hat die tragbare Fernbedienungsvorrichtung eine Hauptlast zum Aufnehmen elektrischer Energie, die über eine zweite Verbindungseinrichtung mit der zweiten galvanischen Zelle verbindbar ist. Auf diese Weise wird nun eine tragbare Fernbedienungsvorrichtung mit einer Energieversorgung geschaffen, die eine lange Standzeit beziehungsweise Lebensdauer gewährleistet, und einen kurzzeitigen hohen Strombedarf der Hauptlast abdecken kann. Die Hauptlast ist dabei als eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Funksignalen ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Verbindungseinrichtung eine Strombegrenzungseinrichtung zum Begrenzen des von der ersten galvanischen Zelle an die zweite galvanische Zelle bereitgestellten Ladestroms auf. Dies hat folgenden Vorteil: Es wird beispielsweise von der Situation ausgegangen, dass die erste galvanische Zelle direkt mit der wieder aufladbaren zweiten galvanischen Zelle verbunden ist, um diese aufzuladen. Es soll nun der mögliche Fall berücksichtigt werden, dass nach entladener erster und zweiter galvanischen Zelle eine neue erste galvanische Zelle, beispielsweise in der Form einer Primärzelle angelegt wird (an die Stelle der ersten galvanischen Zelle tritt). Dabei kann es vorkommen, dass der Anfangsstrom, der aus dieser neuen ersten galvanischen Zelle in eine zweite entleerte galvanische Zelle abfließt, über dem jeweiligen Nominalwert liegt. Es ist dann vorteilhaft, den von dieser neuen ersten galvanischen Zelle bereitgestellten Strom mittels einer Strombegrenzungseinrichtung zu begrenzen, wobei die Strombegrenzungseinrichtung in einem einfachen Fall durch einen Widerstand, beispielsweise in der Größenordnung von 10 Ohm, realisiert werden kann. Der Ladestrom wird somit auf ein für die erste galvanische Zelle akzeptables Maß begrenzt.
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Bei der erfindungsgemäßen tragbaren Fernbedienungsvorrichtung stellt die erste galvanische Zelle eine erste Nominalspannung bereit, welche geringer, insbesondere wesentlich geringer als eine zweite Nominalspannung der zweiten galvanischen Zelle ist. Vorteilhafterweise umfasst die erste Verbindungseinrichtung eine Konvertierungsschaltung, die basierend auf der ersten Nominalspannung der ersten galvanischen Zelle eine zu dieser höheren Ladespannung zum Aufladen der zweiten galvanischen Zelle erzeugt. In dieser Ausgestaltung wird insbesondere der Fall berücksichtigt, dass die jeweiligen Nominalspannungen der ersten und der zweiten galvanischen Zelle in einem derartig beträchtlichen Maß auseinander liegen, dass aufgrund dieses Nominalspannungsunterschieds die erste galvanische Zelle lediglich in der Lage wäre, die zweite galvanische Zelle zu einem Bruchteil aufzuladen, der aber unter Umständen nicht ausreichend ist, um die Hauptlast funktionsgemäß mit Strom zu versorgen. Aus diesem Grund weist die erste Verbindungseinrichtung, die zum Verbinden der beiden galvanischen Zellen beziehungsweise zum Verbinden der Netzwerke, in denen sich die jeweiligen galvanischen Zellen befinden, vorgesehen ist, eine Konvertierungsschaltung auf, die nun eine Ladespannung erzeugt, welche zum einen höher als die Nominalspannung der ersten galvanischen Zelle ist und zum anderen einen derartigen Wert hat, die zweite galvanische Zelle zumindest zu einem derartigen Teil aufzuladen, dass die zweite galvanische Zelle im Betrieb die Hauptlast mit ausreichend Strom versorgen kann. Vorteilhafter Weise ist die von der Konvertierungsschaltung bereitgestellte Ladespannung gleich der Nominalspannung der zweiten galvanischen Zelle oder größer. Als Konvertierungsschaltung kann beispielsweise ein Aufwärtswandler (auch als Hochsetzsteller, Boost-Converter, Step-Up-Converter oder Aufwärtsregler bezeichnet) dienen, der eine elektronische Schaltung zur Gleichspannungswandlung aufweist. Der Betrag der Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers ist dabei stets größer als der Betrag der Eingangsspannung des Aufwärtswandlers. Alternativ kann die Konvertierungsschaltung auch eine Ladungspumpe in induktiver oder in kapazitiver Ausführung, umfassen.
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Zur Verringerung des Energieverbrauchs in der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung weist die erste Verbindungseinrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ferner eine erste Überwachungseinrichtung zum Überwachen des Ladezustands der zweiten galvanischen Zelle auf, wobei die Konvertierungsschaltung nur dann zum Erzeugen einer Ladespannung aktiviert wird, wenn der Ladezustand der zweiten galvanischen Zelle einen vorbestimmten Ladezustand unterschreitet. Genauer gesagt kann die erste Verbindungseinrichtung dazu ferner eine Laderegelungsschaltung aufweisen, die in Abhängigkeit von dem Überwachungsergebnis der Überwachungseinrichtung die Konvertierungsschaltung nur dann aktiviert, wenn der Ladezustand der zweiten galvanischen Zelle einen vorbestimmten Ladezustand unterschreitet und sonst die Konvertierungsschaltung deaktiviert. Somit wird nicht unnötig elektrische Energie für die Aktivierung der Konvertierungsschaltung verwendet.
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Insbesondere, wenn sich die Nominalspannungen der ersten und der zweiten galvanischen Zelle derart unterscheiden, dass ein Aufladen der wieder aufladbaren zweiten galvanischen Zelle nur über eine Konvertierungsschaltung vorteilhafterweise erfolgt, so ist bei der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung zweckmäßigerweise ein erstes Netzwerk vorgesehen, in dem sich die erste galvanische Zelle befindet, und ist ein zweites Netzwerk vorgesehen, in dem sich die zweite galvanische Zelle befindet, wobei die beiden Netzwerke über die erste Verbindungseinrichtung miteinander verbindbar sind. Somit ist es möglich, dass in dem ersten Netzwerk ein Spannungspotential gemäß der ersten Nominalspannung der ersten galvanischen Zelle vorherrscht, während in dem zweiten Netzwerk ein Spannungspotential gemäß der Nominalspannung der zweiten galvanischen Zelle oder der von der Konvertierungseinrichtung bereitgestellten Ladespannung anliegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die erste Verbindungseinrichtung ferner einen Verbindungsschalter (beispielsweise in der Ausführung eines Halbleiterschalters) aufweisen, um das erste Netzwerk mit dem zweiten Netzwerk elektrisch zu verbinden. Eine derartige Verbindung zwischen den zwei Netzwerken (bei geschlossenem Verbindungsschalter) kann dann vorteilhaft sein, wenn an der ersten galvanischen Zelle beispielsweise nach langer Standzeit beziehungsweise Betriebszeit die Nominalspannung derart abgesunken ist, dass sie nicht mehr in der Lage ist, den Grundlastbetrieb (zum Versorgen einer Grundlast, wie einen Mikrokontroller) aufrecht zu erhalten. In diesem Fall kann dann die zweite galvanische Zelle die Energieversorgung auch des ersten Netzwerks übernehmen. Es ist auch denkbar, dass beispielsweise bei einer frisch in die tragbare Fernbedienungsvorrichtung eingesetzte erste galvanische Zelle deren Anfangsspannung noch derart hoch ist, so dass mittels dieser Anfangsspannung ein direktes Aufladen des zweiten galvanischen Elements möglich ist, ohne dass es des Betriebs der Konvertierungsschaltung bedarf. Auf diese Weise kann elektrische Energie eingespart werden, die somit nicht für den Betrieb der Konvertierungsschaltung benötigt wird.
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Wiederum ausgehend von einer Energieversorgungsschaltung der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung, die wie oben beschrieben ein erstes und ein zweites jeweils voneinander getrenntes Netzwerk hat, ist die Hauptlast bei der erfindungsgemäßen tragbaren Fernbedienungsvorrichtung in dem ersten Netzwerk angeordnet. Somit kann die Hauptlast im „Normalbetrieb“ direkt von der ersten galvanischen Zelle mit elektrischer Energie beziehungsweise Strom versorgt werden, um in der Ausführung einer Sendeeinrichtung Funksignale mit geringer Reichweite auszusenden. Es ist hier wiederum denkbar, auch eine Grundlast wie einem Mikrokontroller zum Steuern von Funktionen der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung auch im ersten Netzwerk anzuordnen. Um nun einen Hochlastbetrieb zu ermöglichen, weist gemäß dieser Ausführungsform der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung die erste Verbindungseinrichtung insbesondere einen Verbindungsschalter (beispielsweise in der Ausführung eines Halbleiterschalters) auf, um das zweite Netzwerk mit dem zweiten Netzwerk zu verbinden. Auf diese Weise ist es möglich, dass von der Hauptlast benötigte kurzzeitig hohe Ströme von der zweiten galvanischen Zelle in dem zweiten Netzwerk über den Verbindungsschalter in dem ersten Netzwerk beziehungsweise dort an der Hauptlast bereitgestellt werden, um Funksignale mit großer Reichweite zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise ist es möglich, die Hauptlast in einem „Normalbetriebsmodus“ und einem „Hochstrombetriebsmodus“ zu betreiben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste galvanische Zelle als eine Primärzelle beziehungsweise eine Batterie ausgebildet, die nicht wieder aufladbar ist, jedoch eine große Energiedichte bei einem bereit gestellten Strom von wenigen mA zur Verfügung stellt. Eine derartige Primärzelle beziehungsweise Batterie ermöglicht somit einen Grundlastbetrieb beziehungsweise einen Betrieb zur Versorgung einer Grundlast mit elektrischer Energie mit einer langen Standzeit. Beispielsweise kann eine derartige Primärzelle eine Lithium-Mangandioxid-Zelle mit organischem Elektrolyten umfassen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, dass die zweite galvanische Zelle aus einen Akkumulator ausgebildet ist, der zwar wieder aufladbar ist und kurzzeitig höhere Ströme mit mehreren - zig mA viele Sekunden lang zur Verfügung stellen kann, jedoch eine geringe beziehungsweise geringere Energiedichte als die Primärzelle aufweist. Eine derartige Sekundärzelle beziehungsweise Akkumulator kann beispielsweise in der Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators, eines Lithium-Polymer-Akkumulators oder eines Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulators ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung kann diese beispielsweise als eine Fernbedienungsvorrichtung zum drahtlosen Steuern einer oder mehrerer Fahrzeugfunktionen ausgelegt sein. Insbesondere ist es dabei möglich, dass die tragbare Fernbedienungsvorrichtung Teil eines drahtlosen Zugangssystems ausgebildet ist, wobei nach Betätigen einer entsprechenden Taste der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung durch einen Benutzer ein Signal zu einem fahrzeugseitigen Teil der entsprechenden Zugangsrichtung gesendet wird, die daraufhin nach korrekter Authentifizierung des von der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung empfangenen Signals entsprechende Türen oder Klappen ver- oder entriegelt. Insbesondere bei der Verbindung der tragbaren Fernbedienungseinrichtungsvorrichtung zum drahtlosen Steuern von Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise Zugangsfunktionen zu einem Fahrzeug, kann die Hauptlast als eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Funksignals oder als eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden und Empfangen eines Funksignals ausgebildet sein. Durch die Versorgung der Hauptlast (Sendeeinrichtung) über die zweite galvanische Zelle, insbesondere als Akkumulator, kann der Hauptlast wie oben schon erwähnt kurzzeitig hohe Ströme bereitgestellt werden, die die Hauptlast in der Funktion einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von Funksignalen mit großer Funkreichweite verwenden kann. Auf diese Weise lassen sich sogenannte Anwendungen mit großer Funkreichweite (sogenannte „Long-Range-Anwendungen“) ermöglichen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Fernbedienungsanordnung für ein Fahrzeug geschaffen, die zum einen eine tragbare Fernbedienungsvorrichtung (zum drahtlosen Steuern zumindest einer Fahrzeugfunktion) gemäß obiger Beschreibung aufweist. Des Weiteren umfasst die Fernbedienungsanordnung eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung zum Empfangen des von der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung ausgesendeten Funksignals. Schließlich umfasst die Fernbedienungsanordnung eine Funktionseinrichtung zum Ausführen einer Fahrzeugfunktion, ansprechend auf den Empfang des von der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung ausgesendeten Funksignals. Es ist dabei auch denkbar, dass zunächst das von der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung (bzw. deren Sendeeinrichtung) ausgesendete Funksignal bezüglich eines korrekten Authentifizierungscodes überprüft wird, und lediglich bei Feststellen eines ordnungsgemäßen Authentifizierungscodes die entsprechende Fahrzeugfunktion von der Funktionseinrichtung ausgeführt wird. Eine mit einer oben beschriebenen tragbaren Fernbedienungseinrichtung ausgerüstete Fernbedienungsanordnung ist somit in der Lage, eine Steuerung eines Fahrzeugs aus großer Ferne zu ermöglichen. Neben einer derartigen aktiven Fernbedienung eines Fahrzeugs, bei dem ein Funksignal ausgelöst durch Betätigen einer entsprechenden Taste an der Fernbedienungsvorrichtung zum Fahrzeug geschickt wird, ist es auch denkbar, dass die Fernbedienungsanordnung einen passiven Modus aufweist, bei dem zunächst durch eine fahrzeugseitige Sendeeinrichtung der Fernbedienungsanordnung ein Anregungssignal zur tragbaren Fernbedienungsvorrichtung geschickt wird, welche dann mit einem entsprechenden Antwortsignal in der Form eines Funksignals antwortet, wobei dann nach Empfang dieses Antwortsignals durch die fahrzeugseitige Empfangseinrichtung und gegebenenfalls korrekter Authentifizierung eine Fahrzeugfunktion ausgelöst wird.
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Wie bereits erwähnt kann die Hauptlast der Fernbedienungsvorrichtung neben der Sendeeinrichtung eine Empfangseinrichtung aufweisen, mit der vom Fahrzeug gesendete (Funk)Signale empfangen werden können. Diese vom Fahrzeug gesendeten Signale können dabei die oben erwähnten Anregungssignale für die Fernbedienungsvorrichtung umfassen, oder können auch Zustandssignale des Fahrzeugs umfassen, die beispielsweise aktuelle Fahrzeugzustände wie Reifendruck, Verriegelungszustand der Türen, Fahrgastraumtemperatur, Tankfüllstand, etc. enthalten. Die Zustandssignale bzw. deren Informationen können dem Benutzer von der Fernbedienungseinrichtung in optischer Weise (z.B. Leuchtdioden, Lampen, Displays), in akustischer Weise (z.B. Lautsprecher, Schallerzeugungsmittel) oder mechanischer Weise (z.B. Vibrationseinrichtung) angezeigt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben dargestellten tragbaren Fernbedienungsvorrichtung sind, soweit im Übrigen auch auf die Fernbedienungsanordnung für ein Fahrzeug übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Fernbedienungsanordnung anzusehen, und umgekehrt.
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Im Folgenden sollen nun beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild der Energieversorgungsschaltung einer tragbaren Fernbedienungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform (lediglich zur Veranschaulichung und nicht der Erfindung entsprechend),
- 2 ein schematisches Blockschaltbild der Energieversorgungsschaltung einer tragbaren Fernbedienungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 3 ein schematisches Blockschaltbild der Energieversorgungsschaltung einer tragbaren Fernbedienungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform (lediglich zur Veranschaulichung und nicht der Erfindung entsprechend), und
- 4 eine schematische Darstellung einer tragbaren Fernbedienungsvorrichtung, die zur Steuerung von Funktionen eines Fahrzeugs dient.
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Es sei bemerkt, dass in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen werden.
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Zunächst sei auf 1 verwiesen, in der ein schematisches Blockschaltbild einer tragbaren Fernbedienungseinheit beziehungsweise dessen elektrische Energieversorgungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform (nicht gemäß der Erfindung, sondern nur zur Veranschaulichung) gezeigt ist. Wie auch in den folgenden Ausführungsformen weist die elektrische Energieversorgung eine erste galvanische Zelle in Form der Primärzelle PZ, sowie eine zweite galvanische Zelle in der Form einer sekundären Zelle SZ auf. Bei der Primärzelle PZ handelt es sich beispielsweise um eine nicht wieder aufladbare Lithium-Mangandioxid-Primärzelle mit einer Nominalspannung N1 von 3,0 V, während es sich bei der Sekundärzelle SZ um einen (wieder aufladbaren) Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator mit einer Nominalspannung N2 von 3,2 V handeln kann. Die von der Primärzelle bereitgestellte Stromstärke S1 ist dabei geringer als die von der Sekundärzelle bereitgestellte Stromstärke S2. Zur Darstellung von Analogien beziehungsweise Unterschiede zu den folgenden Ausführungsformen wird definiert, dass sich die Primärzelle PZ einem ersten Netzwerk NE1 befindet, während sich die Sekundärzelle SZ in einem zweiten Netzwerk NE2 befindet. Obwohl es gemäß dieser ersten Ausführungsform willkürlich ist, wird in dem ersten Netzwerk NE1 ferner eine Grundlast GL vorgesehen, während in dem zweiten Netzwerk NE2 eine Hauptlast oder Hochstromlast HL vorgesehen wird. Die Hauptlast ist dabei über eine zweite Verbindungseinrichtung VE2 mit dem zweiten Netzwerk NE2 verbunden. Bei der Grundlast kann es sich dabei beispielsweise um einen Mikrokontroller handeln, der zur Steuerung diverser Funktionen der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung ausgebildet ist. Bei der Hauptlast oder Hochstromlast HL kann es sich dabei um eine Sendeeinrichtung beziehungsweise Sendeempfangseinrichtung handeln, die in der Lage ist, elektromagnetische Wellen beziehungsweise Funksignale abzustrahlen oder gegebenenfalls zu empfangen.
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Kennzeichen dieser ersten Ausführungsform ist, dass zwischen dem ersten Netzwerk NE1 und dem zweiten Netzwerk NE2 eine erste elektrische Verbindungseinrichtung VE1 vorgesehen ist, welche die beiden Netzwerke direkt miteinander verbindet. Auf Grund dieser direkten Verbindung ergibt sich folgende Konfiguration beziehungsweise Eigenschaft der Energieversorgungsschaltung nach 1. Die Primärzelle ist derart ausgelegt, dass sie eine hohe Energiedichte aufweist, und einen Strom S1 von wenigen mA und einen Nominalspannung N1 von 3,0 V bereitstellt. Somit ist die Primärzelle in der Lage, eine Energiegrundversorgung für die Grundlast GL (beispielsweise den Mikrokontroller) über eine Lange Standzeit bereit zu stellen. Des Weiteren hat die Primärzelle PZ die Aufgabe, die Sekundärzelle SZ wieder aufzuladen. Die Sekundärzelle SZ hat eine geringere Energiedichte als die Primärzelle PZ, so dass die Primärzelle die Sekundärzelle während ihrer Lebensdauer des Öfteren nachladen muss. Jedoch hat die Sekundärzelle SZ den Vorteil, dass sie in der Lage ist, kurzzeitig (beispielsweise für mehrere Sekunden) einen Strom N2 von mehreren zig mA zur Verfügung zu stellen, bei gleichzeitig geringem Spannungseinbruch. Grund dafür ist, das der Innenwiderstand der Sekundärzelle SZ typischer Weise gering ist und unter einem Ohm liegt. Dieses kurzzeitige Bereitstellen von kurzzeitigen hohen Strömen ist für den Betrieb der Hochstromlast HL erforderlich, damit diese beispielsweise in der Ausführung einer Sendeeinrichtung in der Lage ist, Signale beziehungsweise Funksignale mit großer Reichweite auszusenden.
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Da nun in dieser Ausführungsform die Primärzelle PZ und die Sekundärzelle SZ über eine direkte Verbindung der ersten Verbindungseinrichtung VE1 verbunden werden, wird die Sekundärzelle SZ, aufgrund des Nominalspannungsunterschieds, nie ganz aufgeladen, was aber für den Betrieb der Hochstromlast nur geringe Relevanz hat, da dennoch von der Sekundärzelle SZ hohe Pulsströme bereit gestellt werden können. Außerdem verlängert sich bei dem hier verwendeten Akkumulator-Typ die gesamte Lebenszeit, wenn er nicht vollgeladen lagert. Um den möglichen Fall in der Anwendung zu berücksichtigen, dass nach entladener Primär- und Sekundärzelle eine neue Primärzelle angelegt wird, ist es vorteilhaft, den dann aus dieser neuen Primärzelle abfließenden Strom beziehungsweise Anfangsstrom zu begrenzen, was durch eine Strombegrenzungseinrichtung SB, im einfachsten Fall in Form eines Widerstands in der Größenordnung von ca. 10 Ohm geschehen kann. Für den Grundlastbetrieb ist der Spannungsabfall diesbezüglich unbedeutend, der Ladestrom zum Aufladen der Sekundärzelle SZ wird jedoch auf ein akzeptables Maß begrenzt.
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Es sei nun auf 2 verwiesen, in der eine zweite Ausführungsform einer Energieversorgungsschaltung für eine tragbare Fernbedienungsvorrichtung gezeigt ist. Eine Motivation für die zweite Ausführungsform besteht darin, dass andere Kombinationen von Primärzellen und Sekundärzellen zum Einsatz kommen könnten, wobei beispielsweise eine Primärzelle PZ (vgl. 1) in Form einer Lithium-Mangandioxid-Primärzelle mit einer Nominalspannung von 3,0 V mit einer (zu 1 anderen) Sekundärzelle in der Ausführung eines Lithium-Ionen-Akkus mit einer Nominalspannung N22 von ca. 3,7 V und einer bereitzustellenden Stromstärke S22 kombiniert werden können. Somit ist hier auf Grund des relativ großen Abstand bezüglich der Nominalspannungen keine direkte Verbindung von Primärzelle PZ und Sekundärzelle SZ1 über eine Verbindungseinrichtung mehr möglich, da eine Aufladung der Sekundärzelle mit einer Nominalspannung der Primärzelle lediglich zu einer derart unvollständigen Aufladung führt, dass eine derartige Sekundärzelle beispielsweise in der Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators nicht in der Lage ist, eine Hauptlast ordnungsgemäß für eine bestimmte Zeit mit ausreichend hohen Strömen zu versorgen.
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Aus diesem Grund befindet sich die Primärzelle PZ (beispielsweise Lithium-Mangandioxid-Primärzelle) in einem ersten Netzwerk NE11, und befindet sich die Sekundärzelle SZ1 (beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulator) in einem zweiten Netzwerk NE21, wobei beide Netzwerke über eine erste Verbindungseinrichtung VE11 trennbar miteinander verbunden sind. Das Netzwerk NE11 liegt auf einem Spannungspotential, das durch die Nominalspannung N1 der Primärzelle bestimmt wird. In diesem ersten Netzwerk NE11 befindet sich wiederum die Grundlast GL und die Hauptlast HL (über eine zweite Verbindungseinrichtung verbunden), die somit direkt von der Primärzelle PZ mit Strom versorgt werden. Die erste Verbindungseinrichtung VE11 weist nun eine Konvertierungseinrichtung in Form einer elektronischen Ladungspumpe LP auf, die dazu dient, anhand der Nominalspannung N1 der Primärzelle PZ als Ausgangsspannung eine Ladespannung NL zu erzeugen, die im Bereich der Nominalspannung N22 der Sekundärzelle SZ1 oder darüber liegt. Dabei kann die Ladespannung NL beispielsweise 3,7 V bis 4,2 V betragen.
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Es ist nun denkbar, die elektronische Ladungspumpe LP ständig zu betreiben, um die Ladespannung NL zu erzeugen, jedoch ist dies aus ökonomischer Sicht nicht sinnvoll. Aus diesem Grund weist die erste Verbindungseinrichtung VE11 ferner eine Laderegelungsschaltung LR mit einer Überwachungseinrichtung ÜE auf, wobei die Überwachungseinrichtung regelmäßig die Spannung der Sekundärzelle SZ1 erfasst. Stellt die Überwachungseinrichtung ÜE beispielsweise eine Ausgangsspannung der Sekundärzelle SZ1 fest, die unterhalb einer vorbestimmten Schwellspannungswert NU liegt, so ist die Laderegelungseinrichtung LR dafür ausgelegt, die elektronische Ladungspumpe LP zu aktivieren, damit diese für eine bestimmte Zeit die oben erwähnte Ladespannung NL erzeugt, um die Sekundärzelle SZ1 zu laden. Das Aufladen beziehungsweise das Aktivieren der Ladungspumpe LP kann einerseits zeitlich gesteuert werden (auch nach einer bestimmten Zeit wieder abgeschaltet werden) oder kann mittels eines weiteren Schwellwerts NO geregelt werden, wobei die Laderegelungseinrichtung LR die Ladungspumpe LP wieder deaktiviert, wenn die Sekundärzelle SZ1 den weiteren Schwellspannungswert erreicht (es sei bemerkt, dass der weitere Schwell(spannungs)wert NO einer höheren Spannung als der Schwellspannungswert NU entspricht). Es ist denkbar, dass die Laderegelungseinrichtung LR ein Aktivieren der Ladepumpe LP und so ein Aufladen nur dann durchführt, wenn ferner weitere Randbedingungen, wie eine geeignete Temperatur und störungsunempfindliche Betriebszustände der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung beziehungsweise deren Energieversorgung gegeben sind. Dabei ist es zweckmäßig für die Sekundärzelle SZ1 ein geeignetes Ladeverfahren, nämlich eine Ladung mit Konstantstrom beziehungsweise Konstantspannung zu berücksichtigen.
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Mittels der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform, bei der die Spannungskreise beziehungsweise Netzwerke NE11 und NE21 getrennt werden ist es somit möglich, dass zunächst (bei getrenntem Zustand der Netzwerke) die gesamte Geräteelektronik, d.h. Grundlast GL und Hochstromlast HL auf dem Spannungsniveau der Primärzelle PZ versorgt wird. Insbesondere befindet sich auch die Hauptlast in dem von der Primärzelle PZ versorgten Netzwerk NE11. Ist die Hauptlast beispielsweise in der Form einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von Funksignalen ausgebildet, so kann sie in diesem „Normalbetriebsmodus“ nicht mit hohen Strömen versorgt werden, und dementsprechend nur Funksignale mit geringer Reichweite aussenden.
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Nun ermöglicht die zweite Ausführungsform jedoch auch einen „Hochstrombetriebsmodus“, bei dem die Sekundärzelle SZ1 über einen Spannungsregler oder wie hier in 2 dargestellt, über einen Halbleiterschalter HS (beispielsweise in der Form eines Feldeffekttransistors) zum ersten Netzwerk NE11 zugeschaltet wird. Anders ausgedrückt, wird der Halbleiterschalter HS geschlossen beziehungsweise in einen leitenden Zustand gebracht, so wird das zweite Netzwerk NE21, in dem sich die Sekundärzelle SZ1 befindet, mit dem ersten Netzwerk NE11 verbunden, so dass in diesem Fall der Hauptlast HL kurzzeitig hohe Ströme beziehungsweise Stromstärken zur Verfügung gestellt werden können.
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Vorteil dieser zweiten Ausführungsform ist somit, dass zwei Betriebsmodi insbesondere an der Hauptlast HL bereit gestellt werden können, nämlich ein Normalbetriebsmodus, bei dem die Hauptlast HL lediglich über die Primärzelle PZ mit elektrischer Energie beziehungsweise Strom versorgt wird, und ein Hochstrombetriebsmodus, bei dem nach Schließen des Schalters HS auch hohe Ströme der Hauptlast HL zur Verfügung gestellt werden können.
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Ein weiterer Vorteil der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass beispielsweise nach dem Anlegen einer neuen Primärzelle in die Energieversorgungsschaltung der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung (nachdem eine alte Primärzelle und die Sekundärzelle entladen waren) die Anfangsspannung dieser neuen Primärzelle PZ über der Nominalspannung liegen und ausreichend sein kann, um die Sekundärzelle SZ1 ohne Benutzung der Ladungspumpe LP derart zu laden, dass ein ordnungsgemäßer Hochstrombetrieb möglich ist. Somit kann nach Einlegen der neuen Primärzelle PZ der Halbleiterschalter HS geschlossen werden, so dass durch die Verbindung der beiden Netzwerke NE11 und NE21 die Sekundärzelle zunächst ohne die Aktivierung der Ladungspumpe geladen wird. Auf diese Weise kann die Energie zum Betrieb der Ladungspumpe in der Anfangsphase einer neuen Primärzelle eingespart werden.
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Schließlich sei nun auf 3 verwiesen, in der eine Energieversorgungsschaltung für eine tragbare Fernbedienungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform (nicht gemäß der Erfindung, sondern nur zur Veranschaulichung) schematisch dargestellt ist. Dabei umfasst die dritte Ausführungsform viele gleiche elektronische Komponenten wie die zweite Ausführungsform, so dass bezüglich einer ausführlichen Erläuterung dieser Komponenten auf 2 verwiesen wird. Kennzeichen der dritten Ausführungsform ist, dass die Hauptlast HL hier nicht wie bei der zweiten Ausführungsform grundsätzlich über eine zweite Verbindungseinrichtung mit dem ersten Netzwerk, in dem sich die Primärzelle und die Grundlast GL befinden, gekoppelt ist, sondern dass sich die Hauptlast HL von vornherein in einem eigenen Netzwerk NE22 befindet, in dem auch die Sekundärzelle SZ1 angeordnet ist. Anders ausgedrückt wird gemäß dieser dritten Ausführungsform eine Trennung der Spannungskreise beziehungsweise Netzwerke NE12 und NE22 derart konfiguriert, dass die Geräteelektronik (Grundlast GL und Hauptlast HL) aufgeteilt wird, nämlich in einen Teil mit geringem Strombedarf und langzeitiger Grundlast (entsprechend dem ersten Netzwerk NE12) und in einem anderen Teil nämlich dem Hochstromteil mit der Hauptlast HL (über eine weitere Verbindungseinrichtung VE22 verbunden) in dem kurzzeitig hohe Ströme erforderlich werden (entsprechend dem Netzwerk NE22). Das erste Netzwerk NE12 kann dabei direkt mit der Primärzelle PZ versorgt werden, da eine entsprechende Grundlast, beispielsweise ein Mikrokontroller, nur einen Bedarf von geringen Stromstärken hat. Das zweite Netzwerk kann direkt aus der Sekundärzelle SZ1 versorgt werden, die ein höheres Spannungsniveau bereitstellt als die Primärzelle, und auch in der Lage ist, kurzzeitig höhere Ströme bereit zu stellen.
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Auch gemäß der dritten Ausführungsform kann ein Schalter beziehungsweise Halbleiterschalter HS vorgesehen sein, der einerseits geschlossen werden kann, wenn die Primärzelle einen minimalen Spannungsschwellwert unterschreitet, der für die Versorgung der Grundlast nötig ist, solange die Ladung der Sekundärzelle für die Kompensation der „schwachen“ Primärzelle ausreicht. Dazu kann die Energieversorgungsschaltung von 3 eine weitere Überwachungseinrichtung (nicht dargestellt) zum Überwachen der Spannung der Primärzelle PZ aufweisen, wobei beispielsweise über einen Mikrokontroller, der Teil der Grundlast sein kann, ein Schließen des Schalter HS gesteuert wird, wenn die Spannung der Primärzelle unterhalb eines kritischen Werts fällt. Befindet sich die Spannung der Primärzelle in einem ordnungsgemäßen Bereich, so wird der Schalter HS geöffnet.
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Andererseits kann der Halbleiterschalter HS wiederum wieder wie bei der zweiten Ausführungsform dazu verwendet werden, dass er für den Fall geschlossen wird, dass nach leerer Primärzelle und Sekundärzelle eine neue Primärzelle eingelegt wird, und aufgrund derer hohen Anfangsspannung die Sekundärzelle SZ1 zunächst ohne Nutzung der Ladungspumpe LP die Sekundärzelle SZ1 auf das Spannungsniveau der Primärzelle PZ hebt.
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Es sei noch kurz auf 4 verwiesen, in der eine schematische Darstellung einer tragbaren Fernbedienungsvorrichtung IDG zur Steuerung der Funktionen eines Fahrzeuges FZ gezeigt ist. Die tragbare Fernbedienungsvorrichtung IDG kann dabei als Teil einer Zugangsanordnung für ein Fahrzeug verwendet werden, was im Folgenden kurz dargestellt ist. Die tragbare Fernbedienungsvorrichtung IDG weist dabei eine Energieversorgungsschaltung EVS beispielsweise in Form einer der oben beschriebenen Ausführungsformen auf. Somit hat eine derartige Energieversorgungsschaltung EVS eine Primärzelle PZ, eine Sekundärzelle SZ beziehungsweise SZ1 eine (erste) Verbindungseinrichtung VE zum Verbinden der jeweiligen Zellen PZ und SZ beziehungsweise SZ1 und hat als Grundlast einen Mikrocontroller MC. Als eine Hauptlast hat die tragbare Fernbedienungsvorrichtung beziehungsweise deren Energieversorgungsschaltung EVS eine Sende-/Empfangseinrichtung SEI, die mit einer Antenne ANI zum Aussenden bzw. Empfangen von Funksignalen gekoppelt ist. Möchte nun ein Benutzer der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung IDG beispielsweise aus der Ferne die Türen seines Fahrzeugs entriegeln, so drückt er auf eine Taste TA der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung, wodurch der Mikrocontroller MC über eine Steuerleitung SL die Sende-/Empfangseinrichtung SEI veranlasst über die Antenne ANI ein Funksignal FAS mit einem entsprechenden Entriegelungsbefehl an das Fahrzeug FZ zu senden. Über die Steuerungsleitung SL kann dabei der Mikrocontroller MC einen Aktivierungspin an der Sende-/Empfangseinrichtung SEI aktivieren, so dass diese in Betrieb gesetzt wird, und kurzzeitig über die Sekundärzelle SZ beziehungsweise SZ1 mit hohen Strömen für die Aussendung eines Funksignals (insbesondere mit großer Funkreichweite) aktiviert wird. Dieses von der Sende-/Empfangseinrichtung ausgesendete Signal FAS wird dann von einer Sende-/Empfangseinrichtung SEF über eine Antenne ANF empfangen und einer Steuereinrichtung STF zugeleitet, die schließlich die Zentralverriegelungsvorrichtung ZV des Fahrzeugs veranlasst, die Türen des Fahrzeugs zu entriegeln. In analoger Weise, kann der Fahrer auch einen Verriegelungsbefehl durch entsprechendes Drücken einer Taste TA an der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung zum Fahrzeug FZ übertragen.
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Neben diesem aktiven Betrieb des Zugangssystem ist auch ein passiver Betrieb denkbar, bei dem das Fahrzeug FZ über die Sende-/Empfangseinrichtung SEF und die Antenne ANF ein Anfragesignal RS an eine in der Nähe des Fahrzeugs FZ befindliche tragbare Fernbedienungsvorrichtung IDG übermittelt, wodurch die tragbare Fernbedienungsvorrichtung ein entsprechendes Antwortsignal FAS mit einem entsprechenden Identifikationscode zurück schickt. Stimmt der Code mit einem im Fahrzeug gespeicherten Code überein, so können dadurch wiederum über die Zentralverriegelungsvorrichtung ZV die Türen des Fahrzeugs entriegelt werden.
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Neben der Verwendung der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung als Teil eines Zugangssystems für das Fahrzeug kann die tragbare Fernbedienungsvorrichtung IDG zusätzlich dazu oder alternativ dazu zum Abfragen von Statusinformationen oder zum Steuern anderer Fahrzeugfunktionen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, durch Drücken der Taste TA ein entsprechendes Signal FAS zum Fahrzeug zu schicken, durch das die Steuereinrichtung STF veranlasst wird, beispielsweise den Füllstand des Kraftstofftanks mittels eines Sensors TFS zu ermitteln, und den ermittelten Wert mittels dem Signal RS zurück zur tragbaren Fernbedienungsvorrichtung zu übertragen. Dort kann dieser Wert empfangen werden und beispielsweise von einer Anzeigeeinrichtung AZI optisch dargestellt werden.
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Schließlich ist es auch denkbar, durch Drücken einer Taste TA an der tragbaren Fernbedienungsvorrichtung ein Signal FAS an das Fahrzeug FZ zu senden, mittels dem beispielsweise eine Standheizung SH des Fahrzeugs FZ aktiviert wird. Da insbesondere die beiden letzten beschriebenen Anwendungsgebiete, das Abfragen von Informationen beziehungsweise das Aktivieren bestimmter Komfortfunktionen im Fahrzeug (wie der Sitzheizung) vorteilhafterweise aus größerer Entfernung zum Fahrzeug geschehen können, ist es notwendig, dass die Sende-/Empfangseinrichtung SEI in der Lage ist, Funksignale mit großer Reichweite auszusenden. Dies wird ermöglicht, dass die Sende-/Empfangsschaltung SEI in einem derartigen Fall zumindest teilweise über die Sekundärzelle SZ beziehungsweise SZ1 mit kurzzeitigen hohen Strömen versorgt werden kann, um diese Funksignale mit großer Reichweite auszusenden.
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Eine beschriebene Energieversorgungsschaltung EVS kann nicht nur dazu dienen, kurzzeitigen hohe Ströme für das Aussenden von Funksignalen mit großer Reichweite bereitzustellen, sondern auch beispielsweise für einen hoch sensitiven Empfang von Funksignalen seitens des Fahrzeugs. Außerdem kann die Anzeigeeinrichtung AZI oder ein Lautsprecher (nicht dargestellt) der Fernbedienungsvorrichtung zum Ausgeben von Informationen (beispielsweise basierend auf fahrzeugseitigen Zustandssignalen) die Möglichkeiten der kurzzeitigen Bereitstellung hoher Ströme der Energieversorgungsschaltung nutzen (in einem derartigen Fall können dann die Anzeige oder der Lautsprecher auch als Hauptlast oder Hochstromlast betrachtet werden).
