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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Objekterfassung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Aus der
US7532151 ist ein Sensorsystem zur Objekterfassung in der Nähe von Fahrzeugtüren bekannt, welches mit Hilfe eines UWB-Mikrowellenoszillators (UWB= ultra wide band) das breitbandige, spektrale Frequenzverhalten der als Antennenstruktur benutzten Oberfläche analysiert. Dabei wird das komplexe Muster vieler verschiedener Resonanzfrequenzen für die Objekterkennung herangezogen.
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In der
US20070268110 wird ein bi-direktionales Funküberwachungssystem beschrieben, wobei sowohl der Datenaustausch mit einem beweglichen Transceiver als auch die dadurch erzeugte Signalfeldstärke von mehreren, im Fahrzeug platzierten UHF-Transceiver-Antennen ausgewertet werden.
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Aus der
US 8 773 264 B2 ist ein Detektions- und Verfolgungssystem für eindringende Personen bekannt, bei dem eine Vielzahl von Kommunikationsknoten zu einem drahtlosen Netzwerk zusammengeschaltet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Zuverlässigkeit einer Objekterkennung zu verbessern.
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Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhaft ist eine Vorrichtung zur Objekterfassung mit mindestens zwei Transceivern im Frequenzbereich von 100 bis 1000 MHz vorgesehen, die für einen automatischen Kommunikationsaufbau ausgebildet sind. Ferner ist eine Bewertungsvorrichtung, die anhand einer von wenigstens einem Transceiver erfassten Signalstärke (RSSI) und/oder Signalqualität (LQI) ein Objektfeststellungssignal erzeugt. Wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass wenigstens zwei der Transceiver über eine als Antenne wirkende Übertragungsvorrichtung miteinander verbunden sind.
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Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass mit Hilfe von Bauelementen, die standardmäßig für eine Datenkommunikation zur Verfügung stehen, zusätzlich unter Ausnutzung bestimmter Kommunikations- bzw. Steuerungsparametern auch eine Objektannäherung detektiert werden kann. Insbesondere ist es möglich, einem bereits bestehenden System einen Doppelnutzen hinzuzufügen. So kann beispielsweise ein auf eine erfindungsgemäße Objekterfassung optimiertes System zusätzlich Aufgaben der Datenkommunikation übernehmen, etwa als Funkfernsteuerung, und damit Transceiver-Komponenten, die sonst ausschließlich für die Funkfernsteuerung benötigt werden, überflüssig machen.
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Ferner ist es für bestimmte Applikationen nützlich, wenn die Kommunikation zwischen den Transceivern in einem kodierten Protokoll erfolgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Transceiver ein Verbindungsmanagement auf, das zumindest eine Vereinbarung von Übertragungsfrequenzen zwischen den Transceiver erlaubt. Durch dieses Vorgehen kann die Objektdetektion gegenüber Störungen robuster ausgestaltet werden.
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Bevorzugt kann die als Übertragungsvorrichtung (17, 18, 19) ausgebildete Übertragungsstecke 11 in einem Kantenbereich eines zu überwachenden Gegenstandes angeordnet und die Vorrichtung zur Kollisionserkennung ausgebildet sein.
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Insbesondere ist auch eine Anordnung zur Objekterfassung an einem Fahrzeug, mit einer der vorgenannten Vorrichtungen nützlich, bei der an wenigstens vier Punkten des Fahrzeugs jeweils ein Transceiver angeordnet ist und die Transceiver zur Datenkommunikation mit zumindest einem benachbarten Transceiver ausgebildet sind.
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Eine solche Anordnung erlaubt es in besonders vorteilhafter Art und Weise eine Überwachung eines Fahrzeugs in seinem gesamten Umfang.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch eine Kopplung zweier Transceiver über eine Funkstrecke,
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2 eine Kopplung über ein Dielektrikum,
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3 eine Kopplung über eine elektrische Leitung,
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4 eine Kopplung über Anpassungselemente und einer Detektionsantenne.
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5 eine erfindungsgemäße Annäherungsüberwachung an einem Fahrzeug.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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Im Industrie- und Automotive-Bereich existieren integrierte Bausteine für Kommunikationszwecke im Sub-GHz-Frequenzbereich (unterhalb 1 GHz) oder auch im Frequenzbereich bis ca. 10 GHz, die für vielfältige Anwendungsbereiche nutzbar sind, wie z.B.: Zugangssysteme, drahtlose Datenübertragung, drahtlose Computer-Peripherie (z.B. Tastatur, Maus, Eingabegeräte), aktive RFID etc.
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Dieser Trend hat dazu geführt, dass viele kostengünstige, integrierte Bausteine auf dem Markt verfügbar sind, die hauptsächlich im Sub-GHz-Frequenzbereich oder auch UHF-Frequenzbereich arbeiten, nur wenige externe Komponenten benötigen, und zusätzlich auf geringen Energieverbrauch und gute elektromagnetische Verträglichkeit und auf Übertragungssicherheit optimiert sind. Dies bedeutet für den Anwender kurze Entwicklungszeiten und kostengünstige Endprodukte, da ein großer Teil der Hochfrequenz-Frontend-Technologie bereits integriert ist und somit der Entwicklungsaufwand größtenteils auf die eigentliche Anwendung mit der entsprechenden Datenübertragung reduziert werden kann.
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Die vielfältige Funktionalität und der hohe Integrationsgrad der Systeme bringen es mit sich, dass z.B. zum vollautomatischen Verbindungsaufbau oder zur Fehlererkennung auch die Signalqualität LQI = Link Quality Indicator und oftmals auch der Hochfrequenz-Signalpegel RSSI = Received signal strength indicator mit herangezogen werden. Dies dient jedoch in den bekannten Anwendungen in erster Linie der intelligenten und automatisierten Steuerung der vielfältigen Datenübertragungsaufgaben.
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Die wesentliche Erfindungsidee beruht darauf, diese Übertragungsparameter, im Wesentlichen den RSSI und / oder LQI, nicht primär als Parameter für die Qualität der Datenübertragung, sondern direkt sensorisch als Messgröße zur Objekterkennung oder zur Abstandserkennung zu nutzen, wobei eine speziell für Objekterfassung optimierte Übertragungsstrecke vorhanden ist.
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Die vorliegende Erfindung nutzt auf dem Markt vorhandene integrierte Elektronikkomponenten, die für die Kommunikationselektronik Verwendung finden, insbesondere sogenannte UHF-Transceiver oder Sub-GHz-Transceiver.
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Als Hauptkriterium wird das sogenannte RSSI-Signal für die Erfassung der Empfangsfeldstärke herangezogen. Dies ist im Nahbereich und für die Verwendung dynamischer Objekterfassungssysteme ausreichend genau.
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Dabei werden für die Objekterfassung im Bereich einer Übertragungsstrecke mindestens zwei dieser Transceiver-Komponenten verwendet, wobei die eine als Sendeeinheit und die andere als Empfangseinheit arbeitet. Dabei kann im Sinne der vorliegenden Erfindung eine als Sender arbeitende Transceiver-Einheit konstruktiv auf diese Funktion beschränkt sein oder auch durch Software-Konfiguration auf die Sender-Funktion eingestellt sein. Gleiches gilt sinngemäß für die Empfänger-Funktion. Per Software konfigurierbare Transceiver-Komponenten haben den Vorteil der höheren Flexibilität, was sich beispielsweise bei der intelligenten Störunterdrückung oder im automatischen Verbindungsmanagement auswirkt. Einige dieser System-Funktionalitäten sind nur möglich, wenn die einzelne Transceiver-Einheit als Multi-Mode-Komponente ausgeführt ist, also sowohl Sendebetrieb als auch Empfangsbetrieb unterstützt. Dem gegenüber steht der oftmals günstigere Preis der weniger komplexeren Single-Mode-Komponenten, die ausschließlich den Sendebetrieb bzw. den Empfangsbetrieb unterstützen. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist mit beiden Transceiver-Typen, Multi-Mode und Single-Mode anwendbar.
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Die beiden Einheiten sind in erster Linie so konfiguriert, dass ausschließlich die Sendesignale mit der anderen Einheit empfangen werden, welche für die betreffende Objekterkennung ausgewertet werden sollen. Andere Signale von anderen Anwendungen wie Fernsteuerungen, Türöffner, etc. können durch entsprechende Codierung ignoriert werden. Selbst wenn diese Fremdsignale im gleichen Frequenzbereich arbeiten, so kann das erfindungsgemäße Objekterkennungssystem durch die im System bereits integrierte intelligente Störerkennung dennoch die beabsichtigte Aufgabe ausführen, indem z.B. Zeitmultiplex-Spread-Spectrum-und/oder Frequenzhopping-Verfahren angewendet werden.
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Die Senderfunktion bzw. Empfängerfunktion auf der gleichen Übertragungsstrecke kann zur Erhöhung der Erfassungssicherheit auch vertauscht werden. Dadurch können z.B. Systemfehler oder elektromagnetische Störungen besser erkannt und ggf. korrigiert werden.
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Bereits mit zwei Transceiver-Einheiten können, je nach Auslegung der Antennen und Sendeleistungen, Zwischenräume und Flächen bis zu einigen Metern Abstand überwacht werden.
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Es können auch mehr als zwei Transceiver-Einheiten beteiligt sein, die wahlweise synchron oder asynchron arbeiten können. Bei der synchronen Arbeitsweise sind ein Sender und mehrere Empfänger gleichzeitig aktiv. Bei der asynchronen Arbeitsweise sind jeweils nur ein Sender und ein Empfänger gleichzeitig aktiv, während die anderen Transceiver-Einheiten zeitversetzt aktiviert werden. Auf diese Weise können sehr komplexe Objekterfassungsfunktionen realisiert werden.
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Wahlweise können die verschiedenen Einheiten in einer fixen Position oder auch in einer beweglichen, aber definierten Position zueinander angeordnet sein. Dies kann z.B. bei sich gegenüber stehenden Schließkanten der Fall sein. Die effektive Erkennung eines in das elektromagnetische Feld der Übertragungsstrecke eindringenden Objektes ist vorzugsweise dann möglich, wenn die elektrischen Eigenschaften dieser Übertragungsstrecke im Initialzustand, also ohne eindringendes Objekt, hinreichend definiert oder bekannt sind. Deshalb sollten beide an der erfindungsgemäßen Objekterkennung beteiligten Transceiver-Einheiten vorzugsweise am selben Trägerobjekt montiert sein, welches eine konstruktive Einheit bildet, zum Beispiel ein Fahrzeug.
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Der Grundgedanke ist die Beeinflussung des von der Übertragungsstrecke zwischen mindestens zwei Transceiver-Einheiten ausgebildeten elektromagnetischen Feldes, wobei die Übertragungsstrecke mit dem Trägerobjekt zusammen eine konstruktive und funktionelle Einheit bildet.
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So ist es bei der vorliegenden Erfindung beispielsweise vorteilhaft, wenn ein in das elektromagnetische Feld eintauchendes Objekt möglichst definierte Bewegungsgrenzen hat, wie etwa die Außenhaut einer Fahrzeugkarosserie, um einen derartigen Bewegungsablauf nicht nur erkennen, sondern auch qualitativ möglichst gut bewerten zu können. Die Art der Erzeugung des elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes gemäß 1, 2, 3 oder 4 kann dabei in weiten Grenzen auf den gewünschten Anwendungsfall abgestimmt werden. Beispielsweise können mit einer Ausgestaltung gemäß 1, bei der ein elektromagnetisches Feld zwischen zwei Antennen erzeugt wird, relativ große Abstandswerte erreicht werden, ohne dass ein stoffliches Medium dazwischen erforderlich ist.
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Eine andere Ausgestaltung, beispielsweise gemäß 2 oder 3, erlaubt dagegen noch enger begrenzte Wirkungsbereiche, erfordern aber auch zusätzliche konstruktive Elemente, die in dem betreffenden Anwendungsfall als Übertragungsstrecke dienen.
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Es sei bemerkt, dass die RSSI- und/oder LQI-Werte in der Regel nur dann ausgetauscht werden, wenn zwischen den Transceivern Daten ausgetauscht werden. Insofern ist es notwendig, einen Datenaustausch zu generieren. Dies können semantisch unbedeutende Datensätze, aber auch semantisch sinnvolle Informationen sein.
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Aus diesem Grunde bietet sich für das beschriebene Objekterkennungssystem noch optional eine zusätzliche Funktionalität als Einheit zur Dateneingabe an, z.B. durch ein externes Bediengerät des Benutzers, etwa um benutzerdefinierte Einstellungen vorzunehmen ggf. optional mit Abstandserkennung.
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Die Funktionalität kann aber auch verwendet werden, um Nutzdaten von Sender zu Empfänger des Objekterfassungssystems zu übertragen, z.B. wenn an der betreffenden Stelle der Aufbau eines drahtgebundenen Informationsnetzwerkes zu aufwändig wäre.
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Es können somit mit dem erfindungsgemäßen System grundsätzlich auch Datenkommunikationswege aufgebaut werden, die neben dem Datenaustausch auch eine Objektannäherung detektieren. Beispielsweise könnte ein im Fahrzeug bereits vorhandenen Keyless-Go-System erfindungsgemäß derart ausgerüstet werden, dass anhand der Signalüberwachungssignale RSSI, LQI ..., auch eine Objektannäherung detektiert werden kann.
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Umgekehrt kann eine aus UHF-Transceivern aufgebaute Kollisionsüberwachung auch eine Keyless-Go oder ggf. andere Drahtloskommunikationen zur Verfügung stellen. Durch dieses Vorgehen ist es vorteilhaft möglich in einem bereits vorhandenen System einen Doppelnutzen zu generieren.
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Die Kommunikation der Transceiver-Einheiten mit einem lokalen Datenbussystem ist nicht notwendig, bietet aber Vorteile hinsichtlich flexibler Möglichkeiten intelligenter Steuerung.
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1 zeigt eine Ausführung, bei der die Übertragungsstrecke zwischen zwei voneinander getrennten Antennen ausgebildet ist. Die Übertragungsstrecke wird über einen ersten und zweiten handelsüblichen Transceiver 1, 6 aufgebaut. Diese Sender-/Empfängerbausteine können beispielsweise nach einer der IEE 802-Normen konfiguriert sein. Zur Kommunikation mit einem Bussystem 13, 14 tauschen die Transceiver Sende- und Empfangsdaten 3, 8, 4, 9 mit einem Host Controller 2, 7 aus. Ferner wird die Signalstärke RSSI 5, 10 des empfangenen Signals übermittelt. Eine typische Konfiguration der Sende-Empfangsstrecke sieht vor, dass die RSSI-Daten zwischen beiden Transceivern 1, 6 ausgetauscht werden und beispielsweise die Sendeleistung in Abhängigkeit des übermittelten RSSI-Wertes angepasst wird. Ein in die Übertragungsstecke 11 eindringendes Objekt kann vorzugsweise durch eine Veränderung des RSSI-Wertes erkannt werden.
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Neben der Überwachung des RSSI-Wertes kann wie eingangs beschrieben auch ein LQI-Wert erfasst und überwacht werden.
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Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise für ein Kollisionsschutzsystem verwendet werden. Bei einer Anwendung für ein Kraftfahrzeug sind die Antennen vorzugsweise so angeordnet, dass zumindest ein Teil der Karosserie-Außenfläche auf Objektannäherung überwacht werden kann.
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Wie in 2 dargestellt, ist es auch möglich, die Übertragungsstrecke 11 zwischen den Antennenanschlüssen der Transceiver 1, 6 ganz oder teilweise in Form eines dielektrisch leitfähigen Mediums auszubilden. Beispielsweise lässt sich dies mit Hilfe von Kunststoffen, Glas, Flüssigkeiten etc. realisieren.
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Insbesondere kann eine solche Anordnung zur Erkennung von Berührungen an einer Glasfläche verwendet werden, wobei die Glasfläche die Hochfrequenzübertragungsstrecke 11 bildet und die Glasfläche für Bedienfunktionen vorgesehen ist.
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Alternativ dazu kann die Übertragungsstrecke 11, wie in 3 angedeutet, auch durch ein elektrisch leitfähiges Medium gebildet werden, z.B. Leiterbahn, Draht, Karosserieteile.
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Dies kann vorteilhaft insbesondere für eine Anwendung als Kollisionsschutz verwendet werden, wobei beispielsweise ein Metalldraht im Dichtungsgummi einer Tür die Übertragungstrecke 11 bildet und eine Objekterkennung im Nahbereich um den Metalldraht herum ermöglicht.
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4 zeigt eine weitere Variante, bei der die Übertragungsstrecke 11 durch eine Antennenanpassschaltung 19 realisiert wird. Hierbei sind die Antennenanschlüsse der Transceiver über die Antennenanpassschaltung direkt miteinander verbunden, wobei über eine gemeinsame Antenne 16, ein elektromagnetisches Feld 15 ausgesendet. Veränderungen im elektromagnetischen Feld 15 durch ein Objekt 12 beeinflussen auch die Übertragungsstecke und können über das RSSI- und/oder LQI-Signal erfasst werden.
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Eine derartige Anordnung kann insbesondere als Einparkhilfe verwendet werden, wobei eine in den Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs integrierte Antenne eine Verstimmung oder Dämpfung der Antennenanpassschaltung 19 in Abhängigkeit vom Abstand eines Objektes 12 bewirkt.
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5 zeigt ein mögliches Beispiel einer Kollisions-/Annäherungserfassung an einem Fahrzeug 23. In alle vier Eckpositionen des Fahrzeugs 23 sind Transceiver 1, 6, 20, 21 angeordnet, die über die jeweiligen Übertragungsstrecken 11 Daten austauschen. Im darstellten Fall ist das Fahrzeug im Umfang vollständig von einem durch die Transceiver 1, 6, 20, 21 erzeugtes elektromagnetischem Feld umfasst. Selbstverständlich können auch nur Teilbereiche des Fahrzeugs überwacht, beispielsweise mit nur zwei Transceivern, überwacht werden.
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In einer möglichen Ausgestaltung weisen alle Transceiver 1, 6, 20, 21 jeweils einzeln eine Antenne 16 auf. Selbstverständlich sind jedoch auch Ausgestaltungen nach den oben dargestellten Variationen denkbar. Insbesondere können zwischen den Transceivern 1, 6, 20, 21 die Übertragungsstrecken 11 unterschiedlich aufgebaut werden.
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Beispielsweise können der erste und zweite Transceiver 1, 6 sowie der dritte und vierte Transceiver 20, 21 über den gemeinsamen Stoßfänger dielektrisch miteinander verbunden sein. Während die Kommunikation zwischen dem ersten und dritten sowie zweiten und vierten Transceiver 1, 20; 6, 21 drahtlos erfolgt. Wie bereits dargestellt, wird eine Objektannäherung durch die Überwachung der Signalqualität RSSI, LQI erfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transceiver 1
- 2
- Host controller 1
- 3
- TX Daten 1
- 4
- RX Daten 1
- 6
- Transceiver 2
- 7
- Host controller 2
- 8
- TX Daten 2
- 9
- RX Daten 2
- 10
- RSSI Signal 2
- 11
- Übertragungsstrecke
- 12
- Erkennungsobjekt
- 13
- Bussystem 1
- 14
- Bussystem 2
- 15
- elektromagnetisches Feld
- 16
- Antenne
- 18
- leitfähige Kopplung
- 19
- Antennenankoppelelemente
- 20
- Transceiver 3
- 21
- Transceiver 4
- 22
- beeinflusste Übertragungsstrecke
- 23
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7532151 [0002]
- US 20070268110 [0003]
- US 8773264 B2 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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