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Die vorliegende Erfindung betrifft ein dezentrales Steuersystem in einem Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines dezentralen Steuersystems.
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STAND DER TECHNIK
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Steuersysteme werden zu unterschiedlichsten Zwecken in Fahrzeugen eingesetzt. Die Steuersysteme weisen typischerweise Steuereinheiten, insbesondere in Form von Mikroprozessoren auf, die mit Sensoren verbunden sind und von diesen Sensordaten empfangen. Die Sensordaten werden in den Steuereinheiten dann ausgewertet und daraus Steuersignale generiert. Diese Steuersignale werden wiederum an Aktoren weitergegeben, die mit den Steuereinheiten verbunden sind, und die Steuersignale in Schaltzustände umsetzen.
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Da innerhalb eines Fahrzeugs eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren weit verteilt angeordnet ist, werden üblicherweise eine Vielzahl von Steuereinheiten verwendet, die ebenfalls im Fahrzeug verteilt angeordnet sind. Ein Beispiel einer typischen Steuereinheit ist in der
DE 10 2010 006 621 A1 angegeben.
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Nachteilig an den im Stand der Technik bekannten Systemen ist, dass diese Steuersysteme durch die Vielzahl von Sensoren und Steuereinheiten kostenintensiv sind.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein verbessertes Sensorsystem und ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen. Insbesondere soll ein einfach umzusetzendes und günstig bereitzustellendes Sensorsystem angegeben werden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem dezentralen Steuersystem gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht insbesondere darin, ein dezentrales Steuersystem in einem Fahrzeug anzugeben, wobei das dezentrale Steuersystem mindestens ein dezentrales Smart Modul, eine zentrale Steuereinheit und einen das mindestens eine Smart Modul mit der zentralen Steuereinheit verbindenden Bus aufweist, wobei das mindestens eine Smart Modul mit mindestens einem Sensor verbindbar oder verbunden ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Smart Modul dazu ausgebildet ist, Sensordaten von dem mindestens einen Sensor zu empfangen, in Bus-Sensordaten umzuwandeln und an den Bus zu übertragen, wobei die zentrale Steuereinheit dazu ausgebildet ist, von dem mindestens einen Smart Modul übertragene Bus-Sensordaten von dem Bus zu empfangen, die empfangenen Bus-Sensordaten zu verarbeiten und basierend auf dem Verarbeitungsergebnis Aktorsteuerdaten zu erzeugen und an den Bus zu übertragen, und wobei das Smart Modul lediglich dazu ausgebildet ist, die empfangenen Sensordaten ohne weitere Verarbeitung in Bus-Sensordaten umzuwandeln, und die gesamte Verarbeitung der Bus-Sensordaten innerhalb der zentralen Steuereinheit erfolgt.
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Bei dem Bus handelt es sich vorzugsweise um einen LIN-Bus oder ein CAN-Bus. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen CAN-Bus, der einen einfachen und stabilen Aufbau aufweist, der eine sichere Datenübertragung zwischen den einzelnen Kommunikationsteilnehmern, also den Smart Modulen und der zentralen Steuereinheit, ermöglicht.
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Vorzugsweise ist das Smart Modul mit mehreren Sensoren verbunden oder verbindbar ausgebildet. Sensoren reagieren auf eine physikalische Größe und setzen diese in ein elektrisch auswertbares Signal um. Beispielsweise werden von dem Sensor die folgenden physikalischen Größen gemessen: Temperatur, Druck, Stoffkonzentration, Frequenz, beispielsweise Drehzahl, elektromagnetische und elektrische Eigenschaften, beispielsweise Licht oder Leitfähigkeit.
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Bei der zentralen Steuereinheit handelt es sich vorzugsweise um einen Prozessor. Die zentrale Steuereinheit kann einen Speicher aufweisen oder mit einem solchen verbunden ausgebildet sein. Durch das Verarbeiten der empfangenen Bus-Sensordaten ist die zentrale Steuereinheit dazu ausgebildet, die Sensordaten auszuwerten und basierend auf der Auswertung entsprechende Steuersignale zum Ansteuern von Aktoren als Aktorsteuerdaten zu erzeugen. Die Aktorsteuerdaten verursachen eine Wirkung in dem Aktor, wenn diese van den entsprechenden Aktor übertragen werden.
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Auch das dezentrale Smart Modul ist vorzugsweise ein Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessor. Hervorzuheben ist, dass das Smart Modul bzw. der entsprechende Prozessor einfacher als der Prozessor der zentralen Steuereinheit ausgebildet ist. Hierdurch kann das Smart Modul keine komplexere Verarbeitung und Auswertung durchführen. Vielmehr ist der für das Smart Modul verwendete Prozessor daran angepasst, nur die zum Umwandeln der Sensordaten in Bus-Sensordaten nötigen Verarbeitungsschritte durchführen zu können. Das Smart Modul kann auch als einfache dezentrale Kommunikationseinheit und die zentrale Steuereinheit als komplexe Kommunikationseinheit verstanden werden.
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Erfindungsgemäß ist das Smart Modul also nur dazu ausgebildet, die empfangenen Sensordaten ohne weitere Verarbeitung in Bus-Sensordaten umzuwandeln. Bus-Sensordaten sind Sensordaten, die mittels eines Busses übertragen werden können. Das Smart Modul dient also dazu, die Sensordaten busfähig zu machen. Das Smart Modul ist insbesondere nicht dazu ausgebildet, die empfangenen Sensordaten weiter zu verarbeiten. So kann das Smart Modul als einfaches Modul ausgebildet werden, das nicht dazu fähig ist, eine weitere Verarbeitung der Sensordaten durchzuführen. Die Smart Module sind somit deutlich günstiger bereitzustellen als die zentrale Steuereinheit. Im Gegensatz hierzu werden im Stand der Technik komplexe Smart Module verwendet, die die Sensordaten auch weiterverarbeiten und auswerten können.
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Die obigen Einschränkungen, wonach das Smart Modul nur dazu ausgebildet, die empfangenen Sensordaten ohne weitere Verarbeitung in Bus-Sensordaten umzuwandeln, bezieht sich lediglich auf Sensordaten. Wenn das Smart Modul mit einem Aktor verbunden oder verbindbar ausgebildet ist, ist das Smart Modul entsprechend auch dazu ausgebildet, zu dem Aktor gehörende Daten, wie beispielsweise Aktorsteuerdaten, von dem Bus zu lesen und eine entsprechende Umsetzung in dem Aktor zu bewirken. Die Aktoren werden an dieser Stelle jedoch noch nicht beschrieben, da die einfachste Umsetzung des Smart Moduls lediglich mit Sensoren ausgebildet ist.
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Da das erfindungsgemäße Smart Modul dazu geeignet ist, die Sensordaten in Bus-Sensordaten umzuwandeln, können einfache Sensoren verwendet werden, die keine Bus-Sensordaten, sondern nur analoge oder digitale Ausgangssignale ausgeben können. Das Smart Modul eignet sich somit dazu, einfache Sensoren zur Bus-Übertragung auszubilden. Hierdurch müssen keine intelligenten Sensoren mehr verwendet werden, die die Sensordaten direkt verarbeiten können und an den Bus ausgeben können. Auch hier ist das Bereitstellen von einfachen Sensoren deutlich günstiger als das Bereitstellen der intelligenten Sensoren, so dass sich erhebliche Kosten einsparen lassen.
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Insgesamt ist es somit möglich, mehrere einfache Sensoren mit einem einfachen Smart Modul zu verbinden und so die Sensordaten als Bus-Sensordaten an die zentrale Steuereinheit zu übermitteln, in der die Sensordaten weiterverarbeitet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von dezentralen Smart Modulen in dem Fahrzeug verteilt angeordnet.
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Somit sind mehrere Smart Module an verschiedenen Stellen in dem Fahrzeug angeordnet. Sensoren, insbesondere einfache Sensoren, die in der Nähe eines der Smart Module angeordnet sind, können dann mit diesem Smart Modul verbunden werden. Das Smart Modul empfängt dann die von den Sensoren gesendeten Sensordaten und überträgt diese als Bus-Sensordaten an die zentrale Steuereinheit. Mit mehreren Smart Modulen lassen sich somit alle Sensoren im Fahrzeug abdecken.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das mindestens eine Smart Modul dazu ausgebildet, die von dem mindestens einen Sensor empfangenen Sensordaten zu sammeln und zyklisch an den Bus zu übertragen.
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Zum Sammeln der Sensordaten kann das Smart Modul eine Speichereinheit aufweisen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass eine Zykluszeit, in der die Sensordaten zyklisch an den Bus übertragen werden, parametrierbar ist.
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Hierdurch ist die Zykluszeit anpassbar. So können nicht-zeitkritische, oder sich nicht so schnell ändernde Messwerte seltener übertragen werden. Da dann Daten in großen Zeitabständen übertragen werden, entsteht keine hohe Busbelastung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist das Smart Modul mit mindestens einem Aktor verbindbar oder verbunden ausgebildet, wobei das Smart Modul dazu ausgebildet ist, die von der zentralen Steuereinheit übertragenen Aktorsteuerdaten von dem Bus zu lesen und an den Aktor zu übertragen.
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Somit kann das Smart Modul neben der Umwandlung der Sensordaten auch zum Lesen und Übertragen der Aktorsteuerdaten dienen. Ein Übertragen der Aktorsteuerdaten bewirkt ein Umsetzen von mittels der Aktorsteuerdaten angegebenen Aktor-Schaltzuständen. Der Aktor ist dazu ausgebildet, einen mittels der Aktorsteuerdaten angegebenen Aktor-Schaltzustand umzusetzen. Das Smart Modul ist somit neben Sensoren auch mit Aktoren verbunden bzw. verbindbar ausgebildet. Typische Aktoren sind beispielsweise Relais, Ventile, Schütze, LEDs, oder elektrisch betriebene Motoren.
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Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Smart Modul dazu ausgebildet, die von der zentralen Steuereinheit übertragenen Aktorsteuerdaten von dem Bus zu lesen und basierend auf den übertragenen Aktorsteuerdaten, eine Versorgungsleitung mit dem Aktor zu verbinden oder zu trennen.
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Typischerweise müssen Aktoren mit einer Verstärkungsschaltung angesteuert werden, da Ihre Leistung die Leistung von Prozessoren überschreitet. Für den Betrieb musste im Stand der Technik dann pro Aktor eine Versorgungsleitung gelegt werden. Da das Smart Modul dazu ausgebildet ist, basierend auf den übertragenen Aktorsteuerdaten, die Versorgungsleitung mit dem Aktor zu verbinden oder zu trennen, kann das in Form von Aktorsteuerdaten übertragene Steuersignal der zentralen Steuereinheit einfach von dem Bus auf den Aktor umgesetzt werden. Somit stellt das Verbinden des entsprechenden Aktors mit der Versorgungsleitung basierend auf den übertragenen Aktorsteuerdaten ein Übertragen der Aktorsteuerdaten an den Aktor dar.
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Vorzugsweise ist somit das Smart Modul lediglich dazu ausgebildet, die empfangenen Sensordaten ohne weitere Verarbeitung in Bus-Sensordaten umzuwandeln, und die von der zentralen Steuereinheit übertragenen Aktorsteuerdaten von dem Bus zu lesen und an den Aktor zu übertragen. Die Übertragung erfolgt vorzugsweise mittels Verbinden des Aktors mit der Versorgungsleitung. Dann ist das Smart Modul lediglich dazu ausgebildet, die empfangenen Sensordaten ohne weitere Verarbeitung in Bus-Sensordaten umzuwandeln, und den mindestens einen Aktor basierend auf empfangenen Aktorsteuerdaten mit der Versorgungsleitung zu verbinden und von dieser zu trennen.
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Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine Smart Modul dazu ausgebildet ist, die Aktorsteuerdaten zyklisch von dem Bus zu lesen und an den Aktor zu übertragen.
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Gemäß einer weiteren Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung weist das Smart Modul eine Vielzahl von digitalen und/oder analogen Ein- und Ausgängen zum Verbinden mit Sensoren und Aktoren auf.
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Durch die Ein- und Ausgänge ist das Smart Modul mit einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren verbindbar. Insbesondere handelt es sich um eine parametrierbare Anzahl von Ein- und Ausgänge. So lässt sich das gleiche Smart Modul universell verwenden, also mit unterschiedlichen Sensoren bzw. Aktoren und einer unterschiedlichen Anzahl von Sensoren bzw. Aktoren verbinden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Smart Modul in einer HV-Einheit des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Insbesondere ist das Smart Modul in einem Gehäuse der HW-Einheit angeordnet. Bei der HV-Einheit kann es sich beispielsweise um eine Einheit mit mehreren Hochvoltkomponenten handeln. Bei den Hochvoltkomponenten kann es sich um einen On Board Charger (OBC), eine Power Distribution Unit (PDU), eine Batterie, einen DC/DC-Wandler oder dergleichen handeln.
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Ferner wird die Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Betreiben eines der vorab beschriebenen dezentralen Steuersysteme gelöst, das folgende Schritte aufweist: Empfangen von Sensordaten von dem mindestens einen Sensor mittels des mindestens einen Smart Moduls; Umwandeln der empfangenen Sensordaten in Bus-Sensordaten in dem mindestens einen Smart Modul; und Übertragen der Bus-Sensordaten von dem mindestens einen Smart Modul an den Bus.
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Insbesondere finden die Schritte auch in der angegebenen Reihenfolge statt. Bei dem Verfahren sind die bereits im Zusammenhang mit dem dezentralen Steuersystem beschriebenen Aspekte und Vorteile gleichermaßen gültig. Entsprechend sind die bereits bezüglich der einzelnen dezentralen Steuersysteme genannten Vorteile und Aspekte auf das Verfahren übertragbar und werden hier nicht einzeln wiederholt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf: Empfangen der Bus-Sensordaten von dem Bus mittels der zentralen Steuereinheit; Verarbeiten der empfangenen Bus-Sensordaten in der zentralen Steuereinheit; Erzeugen von Aktorsteuerdaten basierend auf einem Verarbeitungsergebnis der Verarbeitung der empfangenen Bus-Sensordaten in der zentralen Steuereinheit; und Übertragen der Aktorsteuerdaten an den Bus.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf: Empfangen der Aktorsteuerdaten von dem Bus mittels des Smart Moduls; und Übertragen der Aktorsteuerdaten von dem dezentralen Smart Modul an den Aktor.
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Das beschriebene dezentrale Steuersystem ist insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Elektrofahrzeug, vorgesehen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen des dezentralen Steuersystems und des entsprechenden Verfahrens anhand der Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem dezentralen Steuersystem; und
- 2 eine schematische Darstellung eines erfinderischen Smart Moduls.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 200 mit einem dezentralen Steuersystem 100.
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Das dezentrale Steuersystem 100 weist zwei dezentrale Smart Module 10 auf. Die beiden dezentralen Smart Module 10 sind an unterschiedlichen Stellen in dem Fahrzeug 200 angeordnet. Hier ist ein Smart Modul 10 in einem vorderen Bereich und ein Smart Modul 10 in einem hinteren Bereich des Fahrzeugs 200 angeordnet. Dies ist allerdings lediglich beispielhaft. Insgesamt können eine Vielzahl von dezentralen Smart Modulen 10 an beliebigen Stellen in dem Fahrzeug 200 verteilt angeordnet sein.
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Die Smart Module 10 sind mit einem Bus 30 verbunden. Der Bus 30 verbindet die Smart Module 10 mit einer zentralen Steuereinheit 20.
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2 zeigt ein exemplarisches Smart Modul 10 in einer vergrößerten Darstellung. Hier ist zu erkennen, dass das Smart Modul 10 mit zwei Sensoren 40 verbunden ausgebildet ist. Auch die Anzahl der Sensoren 40 ist hierbei rein beispielhaft. Grundsätzlich ist das Smart Modul 10 mit einer Vielzahl von Sensoren 40 verbindbar oder verbunden ausgebildet.
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Das Smart Modul 10 ist dazu ausgebildet ist, Sensordaten von den Sensoren 40 zu empfangen. Hierzu weist das Smart Modul 10 eine Vielzahl von analogen oder digitalen Eingängen 11 und Ausgängen 12 auf. Die empfangenen Sensordaten wandelt das Smart Modul 10 in Bus-Sensordaten um und überträgt diese an den Bus 30. So können die Sensoren 40 als einfache Sensoren 40 ausgebildet sein, die keine Bus-Sensordaten, sondern nur analoge oder digitale Ausgangssignale ausgeben können.
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Das Smart Modul 10 ist also dazu ausgebildet, einfache Sensoren 40 busfähig auszubilden. Das Smart Modul 10 ist allerdings nicht dazu ausgebildet, die empfangenen Sensordaten auszuwerten. Das Smart Modul 10 ist nur dazu ausgebildet, die empfangen Sensordaten zu Bus-Sensordaten umzuwandeln, so dass diese zur Bus-Übertragung geeignet sind.
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Sämtliche Bearbeitung der Sensordaten findet in der zentralen Steuereinheit 20 statt. Die zentrale Steuereinheit 20 verarbeitet vorzugsweise alle Sensordaten aller Smart Module 10. Dabei ist die zentrale Steuereinheit 20 dazu ausgebildet ist, von dem mindestens einen Smart Modul 10 übertragene Bus-Sensordaten von dem Bus 30 zu empfangen. Dann werden die die empfangenen Bus-Sensordaten verarbeitet und basierend auf dem Verarbeitungsergebnis Aktorsteuerdaten erzeugt. Die Aktorsteuerdaten überträgt die zentrale Steuereinheit 20 dann wieder an den Bus 30.
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Die Aktorsteuerdaten dienen zum Ansteuern von Aktoren 50. Auch Aktoren 50 sind mit dem Smart Modul 10 verbunden. Dabei ist in 2 exemplarisch lediglich ein als LED ausgebildeter Aktor 50 dargestellt. Es wäre allerdings auch denkbar, dass mehrere und andere Aktoren 50 mit dem Smart Modul 10 verbunden ausgebildet sind. Das Smart Modul 10 dazu ausgebildet, die von der zentralen Steuereinheit 20 übertragenen Aktorsteuerdaten von dem Bus 30 zu lesen und an den Aktor 50 zu übertragen. Beispielsweise wäre als Übertragung denkbar, dass basierend auf den übertragenen Aktorsteuerdaten, eine Versorgungsleitung 60 elektrisch mit dem Aktor 50 verbunden oder getrennt wird. So wird der Aktor 50 wahlweise mit Strom versorgt.
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Es versteht sich, dass bei der vorliegenden Erfindung ein Zusammenhang zwischen einerseits Merkmalen besteht, die im Zusammenhang mit Verfahrensschritten beschrieben wurden, sowie andererseits Merkmalen, die im Zusammenhang mit entsprechenden Vorrichtungen beschrieben wurden. Somit sind beschriebene Verfahrensmerkmale auch als zur Erfindung gehörige Vorrichtungsmerkmale - und umgekehrt - anzusehen, selbst wenn dies nicht explizit erwähnt wurde.
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Es ist festzuhalten, dass die unter Bezug auf einzelne Ausführungsformen bzw. - varianten beschriebenen Merkmale der Erfindung, wie beispielsweise Art und Ausgestaltung der einzelnen Komponenten sowie deren genaue Dimensionierung und räumliche Anordnung auch bei anderen Ausführungsformen vorhanden sein können, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet. Von derartigen, in Kombination beschriebenen Merkmalen einzelner Ausführungsformen müssen außerdem nichtnotwendigerweise alle Merkmale in einer betreffenden Ausführungsform realisiert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- dezentrales Steuersystem
- 10
- Smart Modul
- 11
- Eingang
- 12
- Ausgang
- 20
- zentrale Steuereinheit
- 30
- Bus
- 40
- Sensor
- 50
- Aktor
- 60
- Versorgungsleitung
- 200
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010006621 A1 [0003]
