EP1145460A2 - Vorrichtung zur signalübertragung in einem fahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zur signalübertragung in einem fahrzeug

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EP1145460A2
EP1145460A2 EP99936365A EP99936365A EP1145460A2 EP 1145460 A2 EP1145460 A2 EP 1145460A2 EP 99936365 A EP99936365 A EP 99936365A EP 99936365 A EP99936365 A EP 99936365A EP 1145460 A2 EP1145460 A2 EP 1145460A2
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EP
European Patent Office
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coil
antenna coil
vehicle
coupling coil
coupling
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Application number
EP99936365A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Ernst Weiss
Bernd Diebold
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/1271Supports; Mounting means for mounting on windscreens
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3291Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted in or on other locations inside the vehicle or vehicle body
    • HELECTRICITY
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    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • HELECTRICITY
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    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
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    • HELECTRICITY
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    • H04B5/00Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24Inductive coupling
    • H04B5/26Inductive coupling using coils
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B5/00Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/45Transponders

Definitions

  • the invention relates to a device for signal transmission in a vehicle.
  • This window pane antenna consists of a metallic frame which encloses the window pane of the motor vehicle, a first antenna conductor attached to or in the window pane and a connection point thereon.
  • the live connection of the antenna connection point is connected to the associated connection unit via a short electrical line.
  • Such a line is disruptive when the antenna structure is in or on a retractable pane and the associated connection unit is immovably mounted; In addition to the increased mechanical bending load on the line due to the movement, the corresponding freedom of movement for this line must also be provided. Further disadvantages are the installation effort and the risk of getting caught of moving parts in this connection line and possible rattling noises.
  • the invention has for its object to improve the electrical and functional connection between the antenna mounted in or on a movable disc and the associated permanently installed electronic unit in relation to the disadvantages mentioned above.
  • the device according to the invention for the transmission of electrical energy and / or electrical signals in a vehicle has an antenna coil which is arranged on or in a movable part, for example a retractable side window.
  • a coupling coil is attached to a part which is stationary with respect to the movable part in close proximity to the antenna coil in such a way that the coupling coil and the antenna coil are inductively coupled to one another and electrical energy and signals can be transmitted in both directions between the antenna coil and the coupling coil. This eliminates the need for wire-bound signal and energy transmission between the antenna coil as the actual transmit / receive antenna of a keyless entry control system for vehicles and the associated control electronics.
  • the antenna coil is used for inductive transmission of the data required to prove the authorization to unlock or lock the vehicle between one or more portable transponders as electronic authorization cards and the vehicle as well as the inductive transmission of electrical energy to transpose without their own energy source with the help of electromagnetic fields.
  • the transponders also contain antenna coils which, like the antenna coil and / or the coupling coil, can be part of a resonant circuit which is matched to the operating frequency (s).
  • the data exchange between the transponder and the vehicle is preferably a question-answer dialog, so that the arrangement according to the invention is designed for sending and receiving.
  • the transformer signal transmission also allows simple adaptation to different impedances or signal levels of the keyless access control system.
  • a window pane of the vehicle is used as the movable part, and the associated door of the vehicle is used as the fixed part.
  • the integration of the movable antenna coil in the window pane, in particular a side window, enables the energy and data exchange between the vehicle and a portable transponder for the purpose of identifying and checking the access authorization for this vehicle.
  • the coupling coil and / or the transmit / receive antenna coil are parts of resonant circuits. With suitable tuning and coupling, external signals and unwanted interference signals such as harmonics can be reduced or suppressed.
  • the coils are therefore also parts of a corresponding filter.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below.
  • the figure shows the schematic structure of the exemplary embodiment.
  • An antenna coil 10 is accommodated in or on a movable window pane 16.
  • the antenna coil 10 moves in front of a coupling coil 12 in such a way that there is at least a transformer coupling between the two coils when the window pane is at least half pulled out of the lower door part and is visible in the window cutout 18.
  • the coupling coil 12 is accommodated inside the door 20 of a vehicle and is electrically and functionally connected to a control device 14.
  • the third connection between coupling coil 12 and control device 14 is used to tap the coupling coil 12 in order to be able to adapt the transmission ratio.
  • the antenna coil 10 is arranged in a side window 16 of the vehicle, which can be sunk.
  • the antenna coil 10 runs close to the edge of this window pane 16 and can exchange signals with a transponder, not described in detail and not shown, which has to emit a signal recognized by the control unit 14 as authorized in order to allow the user of the transponder access to the vehicle.
  • the vehicle first sends out a request signal via the coupling coil 12 and the antenna coil 10 coupled to it in a transformer manner; If the transponder recognizes that this request is intended for it, it processes the data contained in the request and sends out a response signal. This answer is picked up by the antenna coil 10 and also transmitted by transformer to the coupling coil 12, which in turn forwards the signal to the control unit 14.
  • the control unit 14 compares the response with a response that it has previously correlated with the request data and, if they match, issues the access authorization.
  • the transponder does not contain its own energy source, it can take sufficient energy from the alternating electromagnetic field emitted by the vehicle and, if necessary, store it if it is suitably designed.
  • the transmission frequencies for this energy transport, the request / question and transponder response can be in the LF range ⁇ 150 kHz or another frequency band approved for this (so-called ISM frequencies).
  • the coupling coil 12 is so firmly attached to the inside of the door of the vehicle and dimensioned that in each Any position of the movable window 16 and thus the antenna coil 10, the signal and energy transmission between the antenna coil 10 and coupling coil 12 is guaranteed. This ensures that communication between the vehicle and the transponder is possible even with the window slightly open. It is not necessary for the coupling coil 12 to be fitted in the window cutout 18 in the door 20 and thus to be visible.
  • the antenna coil 10 Since the antenna coil 10 is intended to enable the greatest possible range of communication and the range increases with the area enclosed by the antenna coil 10, its large-area design for transformer coupling to the fixed coupling coil 12 over a large position range of the disk and the antenna coil 10 connected to it is not Contradiction.
  • Both the antenna coil 10 and the coupling coil 12 can advantageously be used as parts of resonant circuits which are matched to the useful frequencies. It is particularly advantageous if the antenna coil is implemented as a conductor structure (film, wire) embedded in the pane or is vapor-deposited, sputtered or the like on it and the associated resonant circuit capacitor is also designed as a conductor structure with the same technology.
  • the antenna coil 10 and the coupling coil 12 are to couple as well as possible without a stray field, parallel alignment with one another and placement as close as possible without a large air gap between them is advisable; the space required is thereby kept small. Number of turns, Conductor cross sections, etc. depend on the system (current strengths, permissible resistances, etc.).
  • the coupling coil 12 can also have a plurality of partial windings on the iron, which the control unit 14 selects or interconnects or switches off as required.
  • a variable adaptation or transformation of impedances, voltages and / or currents is thus possible by changing the transmission ratio between antenna coil 10 and coupling coil 12. This tapping is implemented via a third connection of the coupling coil.
  • the device according to the invention can be used wherever a signal transmission between a movable and a fixed part is necessary. It is preferably used in a vehicle, but is not limited to this.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Signal- und Energieübertragung in einem Fahrzeug vorgeschlagen. Sie weist eine Antennenspule (10) auf, die an oder in einem bewegbaren Teil (16) angeordnet ist. Eine Koppelspule (12) ist an einem gegenüber dem bewegbaren Teil (16) feststehenden Teil (20) in räumlicher Nähe zu der Antennenspule (10) in der Weise angebracht, daß die Antennenspule (10) und die Koppelspule (12) induktiv/transformatorisch Energie und Signale austauschen können.

Description

Vorrichtung zur Signalübertragung in einem Fahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Signalübertragung in einem Fahrzeug .
Aus der DE-A 44 223 191 ist eine FensterScheibenantenne für Kraftfahrzeuge mit extremer Bandbreite bekannt. Diese Fensterscheibenantenne besteht aus einem metallischen Rahmen, der die Fensterscheibe des Kraftfahrzeugs umschließt, einem auf oder in der Fensterscheibe angebrachten ersten Antennen- leiter und einer Anschlußstelle auf diesem. Der spannungsführende Anschluß der Antennenanschlußstelle ist mit der zugehörigen Anschlußeinheit über eine kurze elektrische Leitung verbunden.
Eine derartige Leitung ist dann störend, wenn sich die Antennenstruktur in oder an einer versenkbaren Scheibe befindet und die zugehörige Anschlußeinheit unbeweglich montiert ist; neben der durch die Bewegung erhöhten mechanischen Bie- gebelastung der Leitung muß auch der entsprechende Bewegungsfreiraum für diese Leitung vorgesehen werden. Weitere Nachteile sind der Montageaufwand, die Gefahr des Verhakens beweglicher Teile in dieser Verbindungsleitung sowie eventuelle Klappergeräusche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische und funktionale Verbindung zwischen der in oder auf einer beweglichen Scheibe angebrachten Antenne und der zugehörigen fest verbauten Elektronikeinheit in Bezug auf die oben genannten Nachteile zu verbessern.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie und/oder elektrischen Signalen in einem Fahrzeug weist eine Antennenspule auf, die an oder in einem bewegbaren Teil, etwa einer versenkbaren Seitenscheibe, angeordnet ist. Eine Koppelspule ist an einem gegenüber dem bewegbaren Teil feststehenden Teil in räumlicher Nähe zu der Antennenspule in der Weise angebracht, daß die Koppelspule und die Antennenspule induktiv miteinander gekoppelt sind und elektrische Energie und Signale in beide Richtungen zwischen der Antennenspule und der Koppelspule übertragen werden können. Dadurch kann auf eine leitungsgebundene Signal- und Energieübertragung zwischen der Antennenspule als eigentlichen Sende-/Empfangsantenne eines schlüssellosen Zu- gangskontrollsystems für Fahrzeuge und der zugehörigen Steuerelektronik verzichtet werden. Die Antennenspule dient in einem schlüssellosen Zugangskontrollsystem zur induktiven Übertragung sowohl der zum Nachweis der Berechtigung zum Ent- bzw. verriegeln des Fahrzeugs erforderlichen Daten zwi- sehen einem oder mehreren tragbaren Transponder (n) als elektronische Berechtigungsausweise und dem Fahrzeug als auch der induktiven Übertragung elektrischer Energie zu Transpon- dern ohne eigene Energiequelle mit Hilfe elektromagnetischer Felder. Dazu enthalten die Transponder ebenfalls Antennenspulen, die wie die Antennenspule und/oder die Koppelspule Teil eines auf die Betriebsfrequenz (en) abgestimmten Reso- nanzkreises sein können.
Der Datenaustausch zwischen Transponder und Fahrzeug ist vorzugsweise ein Frage-Antwor -Dialog, so daß die erfindungsgemäße Anordnung für Senden und Empfangen ausgelegt ist. Die transformatorische Signalübertragung gestattet dar- überhinaus bei geeigneter Dimensionierung auch eine einfache Anpassung an unterschiedliche Impedanzen oder Signalpegel des schlüssellosen Zutrittkontrollsystems. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung gestattet durch eine vom zugehö- rigen Steuergerät je nach Bedarf gesteuerte Änderung der wirksamen Windungszahl der Koppelspule eine verbesserte Anpassung der Pegel von Strömen und Spannungen (= variables Übersetzungsverhältnis des von Antennenspule und Koppelspule gebildeten Übertragers/Trafos) . Alle notwendigen Teile (Lei- tungen, Schaltmittel, Wicklungsanzapfungen) sind feststehend montierbar oder Teile der unbeweglich eingebauten Komponenten (Steuergerät, Koppelspule) .
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß als bewegbares Teil eine Fensterscheibe des Fahrzeugs, als feststehendes Teil die zugehörige Tür des Fahrzeugs verwendet wird. Die Integration der bewegbaren Antennenspule in die Fensterscheibe, insbesondere eine Seitenscheibe, ermöglicht den Energie- und Datenaustausch zwischen dem Fahrzeug und einem tragbaren Transponder zum Zwecke der Identifizierung und der Prüfung der Zutrittsberechtigung zu diesem Fahrzeug. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Koppelspule und/oder die Sende-/Empfangs-Antennenspule Teile von Schwingkreisen sind. Bei geeigneter Abstimmung und Kopplung können damit Fremdsignale und unerwünschte Störsignale wie etwa Oberwellen verringert bzw. unterdrückt werden. Die Spulen sind somit zugleich Teile eines entsprechenden Filters .
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt die Figur den schematischen Aufbau des Ausführungsbei- spiels .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine Antennenspule 10 ist in oder an einer beweglichen Fensterscheibe 16 untergebracht. Die Antennenspule 10 bewegt sich dabei so vor einer Koppelspule 12, daß sich zumindest dann noch eine transformatorische Kopplung zwischen beiden Spulen ergibt, wenn die Fensterscheibe wenigstens zur Hälfte aus dem unteren Türteil herausgefahren ist und im Fensterausschnitt 18 sichtbar wird. Die Koppelspule 12 ist innerhalb der Tür 20 eines Fahrzeugs untergebracht und mit einem Steuergerät 14 elektrisch und funktional verbunden. Die dritte Verbindung zwischen Koppelspule 12 und Steuergerät 14 dient der Anzapfung der Koppelspule 12, um das Übertragungs- Verhältnis anpassen zu können. Die Antennenspule 10 ist in einer Seitenscheibe 16 des Fahrzeugs angeordnet, die sich versenken läßt. Die Antennenspule 10 verläuft in Randnähe dieser Fensterscheibe 16 und kann Signale mit einem nicht näher beschriebenen und nicht dargestellten Transponder austauschen, der ein vom Steuergerät 14 als berechtigt erkanntes Signal abgeben muß, um dem Benutzer des Transponders den Zutritt zum Fahrzeug zu ermöglichen. Dazu sendet zunächst das Fahrzeug ein Aufforderungssignal über die Koppelspule 12 und die mit ihr transformatorisch gekoppelte Antennenspule 10 aus; erkennt der Transponder, daß diese Aufforderung für ihn bestimmt ist, verarbeitet er die in der Aufforderung enthaltenen Daten und sendet ein Antwortsignal aus. Diese Antwort wird von der Antennenspule 10 aufgenommen und ebenfalls transformatorisch an die Koppelspule 12 übertragen, die ihrerseits das Signal an das Steuergerät 14 weiterleitet. Das Steuergerät 14 vergleicht die Antwort mit einer zuvor von ihm selbst mit den Aufforderungsdaten korrelierten Antwort und erteilt bei Übereinstim- mung die Zutrittsberechtigung.
Enthält der Transponder keine eigene Energiequelle, kann er bei geeigneter Ausgestaltung genügend Energie aus dem fahr- zeugseitig abgestrahlten elektromagnetischen Wechselfeld entnehmen und ggf. speichern. Die Sendefrequenzen für diesen Energietransport, die Aufforderung/Frage und Transponder- Antwort können im LF-Bereich < 150 kHz oder einem anderen dafür zugelassenen Frequenzband liegen (sogenannte ISM- Frequenzen) .
Die Koppelspule 12 ist derart fest an der Innenseite der Tür des Fahrzeugs angebracht und so dimensioniert, daß in jeder beliebigen Stellung der beweglichen Fensterscheibe 16 und damit der Antennenspule 10 die Signal- und Energieübertragung zwischen Antennenspule 10 und Koppelspule 12 gewährleistet ist. Dadurch wird sichergestellt, daß auch bei leicht geöffnetem Fenster eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Transponder möglich ist. Es ist nicht erforderlich, daß die Koppelspule 12 im Fensterausschnitt 18 der Tür 20 angebracht ist und somit sichtbar wird.
Da die Antennenspule 10 eine möglichst große Reichweite der Kommunikation ermöglichen soll und die Reichweite mit der von der Antennenspule 10 umschlossenen Fläche zunimmt, ist ihre großflächige Ausgestaltung zur transformatorischen Kopplung mit der feststehenden Koppelspule 12 über einen großen Positionsbereich der Scheibe und der damit verbundenen Antennenspule 10 kein Widerspruch.
Sowohl die Antennenspule 10 als auch die Koppelspule 12 können vorteilhafterweise als Teile von auf die Nutzfrequenzen abgestimmten Schwingkreisen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Antennenspule als in die Scheibe eingelassene Leiterstruktur (Folie, Draht) realisiert oder auf ihr aufgedampft, gesputtert o. ä. wird und der zugehörige Schwingkreiskondensator ebenfalls als Leiterstruk- tur mit gleicher Technologie ausgeführt wird.
Da die Antennenspule 10 und die Koppelspule 12 möglichst gut ohne Streufeld miteinander koppeln sollen, ist eine parallele Ausrichtung zueinander und eine möglichst nahe Anbringung ohne großen Luftspalt zwischen ihnen sinnvoll; dadurch wird der erforderliche Bauraum klein gehalten. Windungszahlen, Leiterquerschnitte usw. sind vom System abhängig (Stromstärken, zulässige Widerstände usw.).
Die Koppelspule 12 kann auch mehrere Teilwicklungen auf ei- sen, die vom Steuergerät 14 bedarfsgerecht ausgewählt bzw. zusammengeschaltet oder abgeschaltet werden. Damit ist durch Ändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen Antennenspule 10 und Koppelspule 12 eine variable Anpassung oder Transformation von Impedanzen, Spannungen und/oder Strömen möglich. Diese Anzapfung wird über einen dritten Anschluß der Koppel- spule realisiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich überall da einsetzen, wo eine Signalübertragung zwischen einem beweglichen und einem feststehenden Teil notwendig wird. Bevorzugte Verwendung findet sie in einem Fahrzeug, worauf sie jedoch nicht eingeschränkt ist .

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie und/oder elektrischen Signalen in einem Fahrzeug, mit einer Antennenspule (10) , die an oder in einem bewegbaren Teil
(16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koppelspule (12) an einem gegenüber dem bewegbaren Teil (16) feststehenden Teil (20) in räumlicher Nähe zu der Antennenspule (10) in der Weise angebracht ist, daß die Antennenspu- le (10) und die Koppelspule (12) induktiv miteinander gekoppelt sind und elektrische Energie und Signale in beide Richtungen zwischen der Antennenspule (10) und der Koppelspule (12) übertragen werden können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegbares Teil (16) eine Fensterscheibe (16) des Fahrzeugs verwendet ist .
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß als feststehendes Teil (20) eine
Tür (20) des Fahrzeugs verwendet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenspule (10) und/oder die Koppelspule (12) Teile von Schwingkreisen sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreise abstimmbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die Antennenspule (10) in jeder
Lage des bewegbaren Teils (16) mit der Koppelspule (12) induktiv gekoppelt ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die Antennenspule (10) ein Signal zur Zutrittsberechtigung des Fahrzeugs sendet und empfängt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenspule (10) und die Koppelspule (12) allein oder in Verbindung mit anderen Bauelementen zur Frequenzselektivität als elektrische Filter wirken.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen von Antennenspule (10) und Koppelspule (12) so aufeinander abgestimmt sind, daß sie einen Übertrager zur Impedanz- und/oder Signalpegelanpassung bilden.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen Antennenspule (10) und Koppelspule (12) durch Verändern der wirksamen Wicklung der Koppelspule (12) vom Steuergerät (14) gesteuert werden kann durch Zu- oder Wegschalten von Teilwicklungen der Koppelspule (12) .
EP99936365A 1998-07-22 1999-05-29 Vorrichtung zur signalübertragung in einem fahrzeug Withdrawn EP1145460A2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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PCT/DE1999/001597 WO2000005824A2 (de) 1998-07-22 1999-05-29 Vorrichtung zur signalübertragung in einem fahrzeug

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KR (1) KR20010072667A (de)
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