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Einleitung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Sitzdetektor, beispielsweise zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
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Bei modernen Fahrzeugen finden Sitzbelegungssensoren breite Verwendung, um zu erkennen, ob ein Fahrzeugsitz belegt ist oder nicht. Die Informationen über die Belegung des Fahrzeugsitzes können dann dazu benutzt werden, das Entfalten von einem oder mehreren Airbags zu steuern, die dem Fahrzeugsitz zugeordnet sind (das Entfalten wird beispielsweise verhindert, wenn erkannt wird, dass der Fahrzeugsitz nicht belegt ist).
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Die heutigen Automobil-Sicherheitsnormen schreiben für Kraftfahrzeuge die Ausrüstung mit Gurtwarnsystemen vor, um einen Fahrzeuginsassen daran zu erinnern, den Sicherheitsgurt anzuschnallen, der dem belegten Fahrzeugsitz zugeordnet ist. Solche Gurtwarnsysteme umfassen normalerweise einen Sitzbelegungssensor, der die Belegung des Fahrzeugsitzes erkennt, und einen Gurtsensor (beispielsweise einen Gurtschlossschalter), der erkennt, ob der Sicherheitsgurt angeschnallt ist oder nicht.
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Obwohl diese Sitzsensoren bis heute hauptsächlich den Vordersitzen des Fahrzeugs zugeordnet waren, um beispielsweise die den Vordersitzen zugeordneten Airbagsysteme zu steuern oder Warnsignale bezogen auf das Anschnallen der den Vordersitzen zugeordneten Sicherheitsgurte zu erzeugen, werden künftige Normen vorschreiben, dass auch Rücksitze mit solchen Sitzbelegungssensoren und Gurtwarnsystemen versehen sind.
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Die Sitzbelegungssensoren, die bei Steuerungssystemen für Airbags zum Einsatz kommen, oder Gurtwarnsysteme umfassen normalerweise Vorrichtungen zur Erfassung des Drucks, die in den jeweiligen Fahrzeugsitz integriert sind, um den Druck zu erkennen, der durch einen auf dem Sitz sitzenden Insassen hervorgerufen wird. Die Systeme zur Druckerfassung, die beispielsweise in
DE 42 37 072 C1 offenbart werden, umfassen mehrere einzelne Kraftsensoren, die in geeigneter Weise an ein Steuergerät angeschlossen sind, das für die Messung eines druckabhängigen elektrischen Merkmals der einzelnen Drucksensoren ausgelegt ist.
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Diese Belegungssensoren erwiesen sich als sehr zuverlässig und gut an die Erkennung der Sitzbelegung angepasst.
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Die Gurtanschnalldetektoren von Gurtwarnsystemen umfassen normalerweise mechanische oder magnetische Schlossschalter, die erkennen, ob die Zunge des Sicherheitsgurts in das Gurtschloss eingeführt ist. Ein solches Gurtschloss wird beispielsweise in dem US-Patent
US 5,781,063 A offenbart. Als Alternative zu Schlossschaltern wurden Gurtanschnalldetektoren vorgeschlagen, die basierend auf der Spannung des Sicherheitsgurts ein Angeschnallt-/Abgeschnallt-Signal erzeugen.
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Ein Nachteil dieser bekannten Sitzsensoren beruht auf der Tatsache, dass der Sitzbelegungssensor und/oder der Gurtanschnalldetektor durch Anschlussdrähte physikalisch mit dem Steuergerät verbunden sein müssen, um zu funktionieren. Diese Erfordernis, die Erfassungsvorrichtung physikalisch mit dem Steuergerät zu verbinden, führt jedoch insbesondere bei modernen Fahrzeugen zu Problemen, die mit einem flexiblen Sitzsystem mit ausbaubaren und/oder verschiebbaren Rücksitzen versehen sind.
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Die Druckschrift
DE 101 44 877 A1 umfasst ein Sitzsensorsystem mit einen Sitzsensor zum Erfassen eines Sitzbelegungsstatus und zum Erzeugen eines den Status angebendes Ausgangssignals, und einem Steuergerät, um drahtlos mit dem mindestens einen Sitzsensor zu kommunizieren. Der Sensor ist passiv ausgelegt, d. h. dass der Sensor keine eigene Energieversorgung aufweist, und erhält die benötigte Energie durch ein äußeres elektrisches Anregungsfeld. Dieses äußere elektrische Anregungsfeld wird von der Empfangsvorrichtung zum Abfragen des Sensors erzeugt und dient ebenfalls der Übertragung des Datensignals zu der Steuereinheit.
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Ziel der Erfindung
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen besseren Sitzsensor bereitzustellen, der für die Zuordnung zu ausbaubaren Fahrzeugsitzen geeignet ist.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schlägt zur Überwindung der oben genannten Probleme ein Sitzsensorsystem vor, das Folgendes umfasst: mindestens einen Sitzsensor zur Erfassung eines auf eine Sitzbelegung bezogenen Status und zur Erzeugung eines den Status angebenden Ausgangssignals sowie ein Steuergerät zur Kommunikation mit dem mindestens einen Sitzsensor. Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine Sitzsensor eine einem Sitz zugeordnete autonom gespeiste Sendervorrichtung, die autonom gespeiste Sendervorrichtung zum Übertragen eines Datensignals, das das Ausgangssignal enthält; das Steuergerät umfasst ein Empfängermodul, um das Datensignal von der autonom gespeisten Sendervorrichtung zu empfangen.
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Das Sitzsensorsystem der vorliegenden Erfindung ist so eingerichtet, dass eine Fernkommunikation zwischen dem dem Sitz zugeordneten Sitzsensor und dem Steuergerät des Sitzsensors ermöglicht wird. Der Sitzsensor überträgt demnach das Datensignal, das die Informationen bezogen auf den Sitzbelegungsstatus enthält, drahtlos an das Steuergerät. Daraus folgt, dass der Sitzsensor nicht durch Anschlussleitungen mit dem Steuergerät verbunden sein muss. Da kein Verdrahten des Sitzsensors erforderlich ist, beeinträchtigt das Sitzsensorsystem nicht die Vorteile der flexiblen Sitzsysteme moderner Fahrzeuge mit ausbaubaren und/oder verschiebbaren Rücksitzen.
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Erfindungsgemäß wird die Übertragung des Datensignals durch einen selbst betriebenen Sender durchgeführt, beispielsweise eine autonom gespeiste Sendervorrichtung. Solche autonom gespeisten Sendervorrichtungen sind seit mehreren Jahren bekannt und umfassen eine Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie. Die autonom gespeiste Sendervorrichtung ist daher weder auf eine externe Stromversorgung (Anschluss durch Verkabelung) noch auf eine interne Batteriestromversorgung angewiesen. Die autonom gespeiste Sendervorrichtung ist somit für den unabhängigen Betrieb geeignet, der eine Verkabelung oder einen gelegentlichen Batterieaustausch überflüssig macht.
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Das Steuergerät empfängt das vom Sitzsensor übertragene Datensignal und kann dieses Signal weiter verarbeiten, um beispielsweise ein Warnsignal (bei einem Gurtwarnsystem) oder ein Airbag-Steuerungssignal (wenn der Sitzsensor zur Steuerung des Entfaltens des bzw. der dem Sitz zugeordneten Airbags verwendet wird) zu erzeugen. Da das Datensignal des Sitzsensors durch Fernkommunikation empfangen wird, muss das Steuergerät nicht in den Fahrzeugsitz eingebaut sein; es kann aber an irgendeiner geeigneten ortsfesten Stelle im Fahrzeug angeordnet sein. Das Steuergerät ist demnach nicht in einen (möglicherweise) ausbaubaren oder verschiebbaren Sitz integriert, so dass die Stromversorgung über Verkabelung oder Drahtverbindung mit weiteren Bauteilen des Elektroniksystems des Fahrzeugs kein Problem darstellt.
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Das vorliegende Sitzsensorsystem ermöglicht daher eine unabhängige Erkennung der Sitzbelegung im Sitz, die außerdem keiner regelmäßigen Wartung bedarf. Das vorliegende Sitzsensorsystem ist demzufolge perfekt für den Betrieb in ausbaubaren Fahrzeugsitzen geeignet.
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Es ist anzumerken, dass das Steuergerät vorzugsweise in einer solchen Weise im Fahrzeug angebracht sein sollte, dass eine Empfangsantenne des Empfängermoduls mittig im Fahrgastraum angeordnet ist. In diesem Fall kann das Steuergerät Datensignale von Sitzsensoren empfangen, die sowohl in Vordersitzen als auch in Rücksitzen angeordnet sind. Bei dieser Ausführung kann das Sitzsensorsystem mehrere Sitzsensoren umfassen, die verschiedenen Sitzen eines Fahrzeugs zugeordnet sind; ferner ist das Steuergerät für die Kommunikation mit jedem der mehreren Sitzsensoren eingerichtet. Ein einziges gemeinsames Steuergerät verringert die Komplexizität des Sensorsystems und demzufolge die Gesamtkosten des Systems.
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Die autonom gespeiste Sendervorrichtung umfasst vorzugsweise ein Sendermodul, einen Piezogenerator zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie und einen elektronischen Umwandler, um aus dieser elektrischen Energie eine Stromversorgung des Sendermoduls zu erzeugen. Selbst betriebene Sender dieser Art sind als nicht-betriebene Drucktasten zur Durchführung von Fernschaltvorgängen bekannt. Eine solche Drucktaste wird beispielsweise in dem Artikel „A Compact, Wireless, Self-Powered Pushbutton Controller”, Joseph A. Paradiso und Mark Feldmeier, in: Abowd, G. D., Brumitt, B., und Shafer, S., (Herausg.), „Ubicomp 2001: Ubiquitous Computing”, ACM UBICOMP Conference Proceedings, Atlanta, GA, USA, Sept. 2001, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001, S. 299–304, offenbart.
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Piezogeneratoren sind für ihr geringes Gewicht, ihre geringe Größe, minimale Komplexizität und niedrigen Kosten bekannt. Piezogeneratoren sind wegen dieser Eigenschaften am besten für die Integration in eine Fahrzeugumgebung geeignet. In der Umgebung eines Kraftfahrzeugs ergibt sich die in elektrische Energie umzuwandelnde mechanische Energie sowohl aus einem Druck, den ein Insasse auf den in den Fahrzeugsitz integrierten Piezogenerator ausübt, als auch aus der konstanten Bewegung, die durch Vibrationen im Sitz herbeigeführt wird. Ein auf dem Fahrzeugsitz sitzender Insasse übt wegen der durch die Fahrzeugbewegung hervorgerufenen Vibrationen in der Tat einen variierenden Druck auf das piezoelektrische Element aus, so dass der piezoelektrisch betriebene Generator die erforderliche Energie für das Elektronikgerät erzeugt.
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Da piezoelektronische Teile hohe Spannungen bei kleinen Strömen erzeugen und die elektronische Standardschaltung niedrige Spannungen bei hohen Strömen benötigt, wird ein elektronischer Umwandler verwendet, um die Hochspannungsimpulse des Piezogenerators in einen geeigneten Gleichstrom für die Stromversorgung des Sendermoduls umzuwandeln. Bei einer sehr einfachen Ausführung kann der elektronische Umwandler eine einfache Diode als Gleichrichter und/oder Spannungsbegrenzer umfassen.
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Das Sendermodul kann ein Funkfrequenzsender mit kleiner Leistung sein. Funkwellen laufen frei durch Menschen und nichtmetallische Teile, so dass eine sichere Übertragung zum Steuergerät sichergestellt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst die autonom gespeiste Sendervorrichtung ferner ein Prozessormittel, um das Ausgangssignal mit einer digitalen Identifikation des Sitzsensors in das Datensignal zu kodieren. In einer Umgebung mit mehreren Sensoren, d. h. wenn das Sitzsensorsystem mehrere Sitzsensoren umfasst, kann jeder einzelne Sitzsensor, von dem ein spezifisches Signal ausgeht, unfehlbar durch das Steuergerät identifiziert werden, so dass die geeigneten Maßnahmen bezogen auf den richtigen Sitz ergriffen werden können.
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Es ist anzumerken, dass der Piezogenerator der autonom gespeisten Sendervorrichtung selbst als Sitzbelegungsdetektor wirken könnte. Wenn der Piezogenerator in geeigneter Weise so eingerichtet ist, dass er nur dann betätigt wird, wenn ein Insasse tatsächlich auf dem Sitz sitzt, wird das Sendermodul nur dann betrieben, wenn der Sitz tatsächlich belegt ist. Dies bedeutet andererseits, dass – wenn das Steuergerät ein Signal von der Sendereinheit empfängt – der Sitz zwangsläufig belegt ist. Bei dieser Ausführung wird kein weiterer spezieller Sitzbelegungssensor benötigt. Damit die zuverlässige Erkennung einer Sitzbelegung gewährleistet ist, sollte der Piezogenerator dann eine Piezofolie umfassen, die der Sitzoberfläche des Sitzes zugeordnet ist und über einen wesentlichen Teil der Sitzoberfläche verläuft.
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Bei einer alternativen Ausführung, bei der die autonom gespeiste Sendervorrichtung nur wegen ihrer Energieerzeugungs- und Signalsende-Eigenschaften zum Einsatz kommt, umfasst der Sitzsensor zudem einen Sitzbelegungsdetektor zur Erfassung der Belegung des Sitzes, wobei der Drucksensor an die autonom gespeiste Sendervorrichtung und/oder einen Gurtanschnalldetektor angeschlossen ist, um einen auf den Sitz bezogenen Benutzungszustand des Sicherheitsgurts zu bestimmen, wobei der Gurtanschnalldetektor an die autonom gespeiste Sendervorrichtung angeschlossen ist. Bei diesen Ausführungen werden die einzelnen Erfassungsfunktionen durch zweckbestimmte, spezielle Erfassungselemente durchgeführt. Der Belegungssensor kann beispielsweise eine auf Druck ansprechende Schaltvorrichtung umfassen, die mehrere einzelne Drucksensoren oder -schalter umfasst, die in Bezug auf eine Sitzoberfläche an verschiedenen Stellen angeordnet sind. Diese auf Druck ansprechenden Schaltvorrichtungen erwiesen sich als sehr zuverlässig und gut an die Erkennung der Sitzbelegung angepasst.
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Es versteht sich weiterhin, dass der Gurtanschnalldetektor vorzugsweise einen Gurtschlossschaltersensor umfasst. Dieser Gurtschlossschaltersensor ist in das Gurtschloss integriert, um zu erkennen, ob die Zunge des Sicherheitsgurts in das Gurtschloss eingeführt ist. Das Gurtschloss selbst ist normalerweise am Sitz und nicht am Fahrzeugboden angebracht, so dass es zusammen mit dem Sitz ausgebaut werden kann (wie auch der Sitzbelegungssensor).
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Der Schlossschalter ist an die autonom gespeiste Sendervorrichtung angeschlossen, so dass der Anschnallstatus des Sicherheitsgurts in das Datensignal einbezogen werden kann, das an das Steuergerät zu übertragen ist.
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Detaillierte Beschreibung anhand der Figuren
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Die vorliegende Erfindung geht aus der folgenden Beschreibung mehrerer nicht einschränkender Ausführungen anhand der beigefügten Zeichnungen besser hervor. Es zeigen:
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1: einen Teil eines Fahrgastraums mit einer ersten Ausführung eines Sitzsensorsystems, das einem Fahrzeugsitz zugeordnet ist;
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2: einen Teil eines Fahrgastraums mit einer zweiten Ausführung eines Sitzsensorsystems, das einem Fahrzeugsitz zugeordnet ist; und
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3: ein Blockdiagramm einer Ausführung des Sitzsensors.
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1 zeigt schematisch einen Innenraum 10 eines Fahrzeugs mit einem auf einem Vordersitz 14 sitzenden Insassen 12. Der Fahrzeugsitz 14 ist mit einem Sitzsensor 16 versehen, der in Fernkommunikation mit einem Empfängermodul 18 eines Steuergeräts 20 steht. Das Steuergerät 20 ist an einer geeigneten Stelle im Fahrgastraum angebracht, beispielsweise am Fahrzeugboden oder am Fahrzeugdach. Das Steuergerät 20 sollte vorzugsweise in einer solchen Weise im Fahrzeug angebracht sein, dass eine Empfangsantenne 22 des Empfängermoduls 20 mittig im Fahrgastraum angeordnet ist. In diesem Fall kann das Steuergerät 20 Datensignale empfangen, die von Sitzsensoren übertragen werden, die in Vordersitzen und (nicht dargestellt) Rücksitzen angeordnet sind.
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Bei der dargestellten Ausführung umfasst der Sitzsensor 16 einen Sitzbelegungssensor 24, der im Sitzpolster des Sitzes 14 angeordnet ist. Der Sitzbelegungssensor 24 umfasst normalerweise eine auf Druck ansprechende Schaltmatte mit mehreren einzelnen Drucksensoren, die über die Sitzfläche des Sitzes verteilt sind.
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Der Sitzbelegungssensor 24 ist an ein Sendermodul 26 (vorzugsweise ein Funkfrequenzsender) angeschlossen, das ein auf die Belegung bezogenes Ausgangssignal vom Sitzbelegungssensor 24 zum Steuergerät 20 übertragen kann. Das Sendermodul 26 ist beispielsweise im Unterteil des Sitzes 14 angeordnet und ist Teil eines selbst betriebenen Senders, der ferner einen Piezogenerator 28 umfasst, der dem Sendermodul 26 zugeordnet ist.
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Der Piezogenerator ist in das Sitzpolster des Fahrzeugsitzes integriert, um so dem Druck ausgesetzt zu werden, der durch einen Insassen auf dem Sitz ausgeübt wird. Der Piezogenerator 28 wandelt dann die mechanische Energie (der durch den Insassen ausgeübte Druck und die Vibrationen durch die Bewegung des Fahrzeugs) in elektrische Energie um, die durch einen Umwandler 30 (siehe 3) in eine geeignete Gleichstrom-Versorgungsspannung für das Sendermodul 26 umgewandelt wird.
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Bei der dargestellten Ausführung umfasst der Sitzsensor 16 einen Schlossschaltersensor 32, der in das Gurtschloss integriert ist, um zu erkennen, ob die Zunge des Sicherheitsgurts 34 in das Gurtschloss eingeführt ist. Der Gurtschlossschalter 32 ist ebenso wie der Sitzbelegungssensor 28 an das Sendermodul 26 angeschlossen. Es ist anzumerken, dass das Sendermodul 26 die einzelnen Ausgangssignale des Sitzbelegungssensors 26 und des Schlossschaltersensors 32 getrennt zum Empfängermodul 22 übertragen kann. Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst das Sendermodul jedoch einen Prozessor 36, der die einzelnen Ausgangssignale zu einem zu übertragenden kombinierten Datensignal kombinieren kann. Darüber hinaus ist das Prozessormittel vorzugsweise so eingerichtet, dass es das kombinierte Ausgangssignal mit einer digitalen Identifikation des Sitzsensors in das Datensignal kodiert. In einer Umgebung mit mehreren Sensoren – d. h. wenn das Sitzsensorsystem mehrere Sitzsensoren umfasst – kann jeder einzelne Sitzsensor dann vom Steuergerät identifiziert werden, so dass die geeigneten Maßnahmen in Bezug auf den richtigen Sitz ergriffen werden können.
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2 zeigt eine andere Ausführung des Sitzsensors 16. Bei dieser Ausführung wirkt der Piezogenerator 28 als Sitzbelegungdetektor, so dass keine spezielle auf Druck ansprechende Schaltmatte erforderlich ist. Der Piezogenerator 28 ist vorzugsweise als eine Piezofolie ausgebildet, die in der Nähe der Sitzoberfläche angeordnet ist.
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3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführung des Sitzsensors. Der Piezogenerator 28 ist an den Umwandler 30 angeschlossen, der die erzeugten Spannungsimpulse in eine geeignete Gleichspannung umwandelt, um den Prozessor 36, das Sendermodul 26 und erforderlichenfalls eine oder mehrere zusätzliche Erfassungsvorrichtungen wie beispielsweise den Sitzbelegungssensor 28 oder den Schlossschaltersensor 32 zu betreiben. Die Erfassungsvorrichtungen 28, 32 sind an den Prozessor 36 angeschlossen, der die verschiedenen Ausgangssignale vorzugsweise zusammen mit einer digitalen Identifikation in ein kombiniertes Datensignal kodiert. Dieses kombinierte Datensignal wird dann über die Sendeantenne 38 vom Sendermodul 26 zum Steuergerät 20 übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrgastraum
- 12
- Insasse
- 14
- Fahrzeugsitz
- 16
- Sitzsensor
- 18
- Empfängermodul
- 20
- Steuergerät
- 22
- Antenne
- 22
- Empfangsantenne
- 24
- Sitzbelegungssensor
- 26
- Sendermodul
- 28
- Piezogenerator
- 30
- Umwandler
- 32
- Schlossschaltersensor
- 34
- Sicherheitsgurt
- 36
- Prozessor
- 38
- Sendeantenne
