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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung
von Umwelteinflüssen bei einer kapazitiven Abstandsmessung,
eine Recheneinheit, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein
entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Obwohl
die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen die Bestimmung von
Umwelteinflüssen bei Fahrzeugen behandelt, ist die Erfindung
nicht auf die Verwendung bei Fahrzeugen beschränkt.
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Es
sind Vorrichtungen und Verfahren zur Abstandsmessung zwischen Fahrzeugen
und Objekten bekannt. Die Abstandsmessung kann beispielsweise mittels
kapazitiver Sensorik durch ein Elektrodensystem am Eigenfahrzeug
vorgenommen werden, wobei die Kapazität dieser Elektrodenanordnung
durch ein herannahendes Objekt beeinflusst wird.
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Es
sei unter ”Eigenfahrzeug” das Fahrzeug verstanden,
das die Vorrichtung zur Abstandsmessung, die im folgenden näher
betrachtet wird, trägt. Unter ”Objekt” sei
jeder Gegenstand in der Umgebung des Eigenfahrzeugs verstanden,
der durch die kapazitive Abstandsmessung erfassbar ist, insbesondere
seien hierunter auch andere Fahrzeuge (”Fremdfahrzeuge”)
sowie stationäre Objekte im Fern- und/oder Nahbereich des
Eigenfahrzeugs verstanden.
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Ein
kapazitiver Sensor ist bspw. aus der
GB 24
044 43 bekannt.
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Aus
der
DE 195 01 642
B4 ist ein kapazitiver Sensor bekannt, der sich über
die gesamte hintere Stoßstange erstreckt. Der kapazitive
Sensor wird von einer Elektrode gebildet, die mit dem Eingang eines Verstärkers
und über einen Widerstand mit einem Sinusgenerator verbunden
ist. Die Ausgangsspannung eines Verstärkers und die Spannung
eines Sinusgenerators werden einer Phasenvergleichsschaltung zugeführt.
Die Phasendifferenz ist abhängig von dem von der Elektrode
gegen Masse gebildeten Kondensator. Dieser Kondensator wird von
einem in seiner Nähe befindlichen bzw. einem sich auf ihn
zu oder sich von ihm wegbewegenden Objekt beeinflusst. Die
DE 195 01 642 B4 diskutiert
ferner die Verwendung einer Abschirmungs- bzw. Schirmelektrode in einem
kapazitiven Abstandssensor.
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Zur
Bestimmung des Abstandes eines Objekts vom Eigenfahrzeug wird bei
Verwendung eines kapazitiven Abstandssensors dessen Kapazität
bzw. Kapazitätsänderung bestimmt. Üblicherweise
wird dazu die Kapazität einer Messelektrode gegen das Eigenfahrzeug
bestimmt. Die messbare Kapazität wird von einem in der
Nähe befindlichen Objekt beeinflusst. Durch den Einsatz
einer Abschirmungselektrode zwischen Messelektrode und Eigenfahrzeug kann
eine Verbesserung der Empfindlichkeit erreicht werden. Die gemessene
Kapazität hängt, ähnlich wie bei einem
Plattenkondensator, unter anderem reziprok vom Abstand d zwischen
Messelektrode und Objekt sowie von der wirksamen Fläche
A, der elektrischen Feldkonstante (ε0 =
8,85·10–12 F/m) und der
relativen Permittivität εr des
dazwischen befindlichen Materials ab.
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Moderne
Anwendungsbereiche in der Fahrzeugtechnik erfordern die Erfassung
von Objekten in der Umgebung eines Eigenfahrzeugs in unterschiedlichen
Abständen. Bei Fahrerassistenzfunktionen, beispielsweise
der ”PreCrash”-Technik, ist es hierbei beispielsweise
von Interesse, relativ weit entfernte Objekte, insbesondere Fremdfahrzeuge,
zu erfassen, wohingegen es bei Einpark- bzw. Manöverassistenzfunktionen
von Interesse sein kann, Objekte, die sich in unmittelbarer Nähe
des Eigenfahrzeugs befinden und beim Einparken und/oder Manövrieren
das Fahrzeug beschädigen könnten, zu erkennen.
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Neben
der für die Abstandsmessung maßgeblichen Abhängigkeit
der Kapazität vom Abstand d hängt die Kapazität
auch von der wirksamen Elektrodenfläche und der Dielektrizitätskonstanten
bzw. relativen Permittivität ab. Dabei wird die Kapazität
der Anordnung aufgrund der hohen relativen Permittivität von
Wasser stark von Witterungseinflüssen, wie z. B. schwankende Luftfeuchtigkeit
oder Temperatur beeinflusst. Es besteht daher ein Bedarf nach verbesserten
kapazitiven Abstandsmessvorrichtungen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor
diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Ermittlung von Umwelteinflüssen bei einer kapazitiven
Abstandsmessung, weiterhin eine Recheneinheit, die dieses Verfahren
verwendet, sowie ein entsprechendes Computerprogramm und Computerprogrammprodukt
gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Umwelteinflüsse
durch eine Auswertung von Kapazitätsmesswerten eines oder
einer Mehrzahl von Messkondensatoren erkannt und von Signalen, die
von Zielobjekten stammen, unterschieden werden können.
Bei den Umwelteinflüssen kann es sich um Störeffekte
wie beispielsweise Witterungseinflüsse handeln, die eine
auf den Kapazitätsmesswerten basierende Abstandsmessung
beeinträchtigen oder verfälschen. Es wird eine
Vorrichtung bereitgestellt, die insbesondere an einem Fahrzeug angebracht wird
und die eine Messelektrodenanordnung umfassend wenigstens eine Messelektrode
zur Wechselwirkung mit wenigstens einer Gegenelektrode aufweist,
wobei die Kapazität eines die wenigstens eine Messelektrode
sowie die wenigstens eine Gegenelektrode umfassenden Messkondensators
von dem Abstand eines Objekts von der wenigstens einen Messelektrode
abhängt. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren
zur Ermittlung von Umwelteinflüssen bei einer kapazitiven
Abstandsmessung, wobei ein erster zeitlicher Verlauf von Kapazitätswerten eines
ersten Messkondensators ermittelt werden und anhand des ersten zeitlichen
Verlaufs bestimmt wird, ob die wenigstens eine Messelektrode von
störenden Umwelteinflüssen beaufschlagt ist. Mittels
unterschiedlicher Methoden kann dann ermittelt werden, ob die Messsignale
gestört oder frei von Einflüssen sind.
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Die
Messelektrodenanordnung kann eine oder mehrer Messelektroden umfassen
und beispielsweise seitlich an einem Fahrzeug angeordnet sein. Die
Messelektrodenanordnung kann insbesondere als Kammelektrode ausgebildet
sein, wobei ein Elektrodenstamm wenigstens zwei sich von ihm im wesentlichen
senkrecht erstreckende Elektrodenzinken verbindet. Der zeitliche Verlauf
kann mit einem vorbestimmten und/oder mit einem weiteren gemessenen
zeitlichen Verlauf verglichen werden. Der weitere gemessene zeitliche
Verlauf kann ebenfalls von dem ersten oder wenigstens einem zweiten
Messkondensator stammen. Wird das Verfahren von einem Steuergerät
in einem Fahrzeug ausgeführt, so können die Kapazitätswerte
beispielsweise über eine Schnittstelle des Steuergerätes
empfangen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
bietet eine kostengünstige Methode zur Erkennung von Witterungseinflüssen,
wie z. B. Regentropfen. Dies ermöglicht, bei einer Messung
von Abständen mit einer kapazitiven Abstandssensorik unter
verschiedensten Witterungsbedingungen Fehlbestimmungen zu erkennen
bzw. zu vermeiden.
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Wird
die Gegenelektrode vom Eigenfahrzeug gebildet, kann zur Verbesserung
der Messcharakteristik ferner eine Abschirmungselektrode zwischen
Messelektrode und Gegenelektrode bereitgestellt werden, die beispielsweise über
einen hochohmigen Impedanzwandler nach gängiger Schaltungstechnik
auf gleichem Potential wie die Messelektrode liegt. Hierdurch kann
zwischen der Abschirmungselektrode und der Messelektrode ein feldfreier
Bereich geschaffen werden. Durch diese Anordnung wird eine Verbesserung
der Messqualität erreicht, wobei der Feldlinienverlauf
zwischen Messelektrode und Gegenelektrode bei niedrigerem Absolutwert
der Kapazität anteilsmäßig stärker
durch ein sich annäherndes Objekt erhöht wird,
als dies ohne Abschirmungselektrode der Fall wäre. In diesem
Fall, d. h. bei Nichtvorhandensein einer Abschirmungselektrode, würde
die Kapazität im wesentlichen durch die direkte Nachbarschaft
zwischen Messelektrode und Fahrzeug bestimmt, weniger hingegen durch
weiter entfernte Objekte.
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Vorteilhafterweise
wird zusätzlich der Abstand des Objekts von der wenigstens
einen Messelektrode mittels Messung der Kapazität des ersten Messkondensator
bestimmt, wenn ermittelt wird, dass die wenigstens eine Messelektrode
nicht von störenden Umwelteinflüssen beaufschlagt
ist. Da somit bestimmt werden kann, dass die Messelektrode frei
von Störungen ist, kann zuverlässig der Abstand des
Objekts bspw. vom Eigenfahrzeug bestimmt werden. Somit kann vermieden
werden, dass Kapazitätswerte zur Abstandsmessung eingesetzt
werden, die durch störende Umwelteinflüsse verfälscht
sind.
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Zweckmäßigerweise
wird ein störende Umwelteinflüsse anzeigendes
Signal bereitgestellt, wenn ermittelt wird, dass die wenigstens
eine Messelektrode von störenden Umwelteinflüssen
beaufschlagt ist. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Information über
einen aktuellen Witterungszustand ausgegeben werden bzw. es kann
ausgeben werden, dass wenigstens eine Messelektrode von störenden Umwelteinflüssen
beaufschlagt ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung wird der erste zeitliche Verlauf mit einem
vorbestimmten zeitlichen Verlauf verglichen und anhand des Vergleichsergebnisses
bestimmt, ob die wenigstens eine Messelektrode von störenden
Umwelteinflüssen beaufschlagt ist. Bei dem vorbestimmten
Verlauf kann es sich um einen gespeicherten, modellhaften Verlauf
handeln, der typisch für ein Vorhandensein bzw. Nicht-Vorhandensein
von Umwelteinflüssen ist. Gemäß dem Verfahren
kann die Erkennung von Umwelteinflüssen, z. B. über
die Elektrode laufende Regentropfen, mittels Kapazitätsmessung
insbesondere mit einer einzelnen, bspw. kammförmig ausgestalteten,
Elektrode erfolgen. Dies ermöglicht es, durch geeignete
algorithmische Auswertung der Kapazitätsmesswerte einer
Elektrode Umwelteinflüsse zu erkennen und von Signalen
zu unterscheiden, die von Zielobjekten stammen. Vorteilhafterweise
ist bei dieser Ausgestaltung nur eine Elektrode nötig,
was einen Kostenvorteil darstellt. Zur Erkennung können gängige
Vergleichs- bzw. Korrelationsverfahren oder Verfahren zur Mustererkennung
verwendet werden.
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Zweckmäßigerweise
wird ein Fluktuationswert des ersten zeitlichen Verlaufs bestimmt
und zur Bestimmung verwendet, ob die wenigstens eine Messelektrode
von störenden Umwelteinflüssen beaufschlagt ist. Über
einen gewissen, vorzugsweise gleitenden Beobachtungszeitraum kann
als Fluktuationswert die Amplitude von Signalfluktuationen bestimmt
werden. Diese Amplitude kann z. B. als die Signaldifferenz zwischen
Minimal- und Maximalwert innerhalb des Beobachtungszeitraums oder
als Standardabweichung der Messwerte innerhalb des Beobachtungszeitraumes
ermittelt werden. Unter Verwendung des Fluktuationswerts kann die
Erkennung des Störeinflusses erfolgen, z. B. bei Überschreiten
eines Schwellwerts oder einem gestuften Überschreiten mehrerer
Schwellwerte.
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Es
bietet sich an, den Fluktuationswert zur Anpassung eines Auslöseschwellwerts
zu verwenden. Bei Überschreiten des Auslöseschwellwerts kann
beispielsweise ein Abstandssignal, eine Sicherheitsfunktion wie
z. B. Airbag, Bremse usw. ausgelöst werden. Eine Anpassung
der Auslöseschwelle kann zum einen dadurch erfolgen, dass
nach Erkennung der Störeinflüsse die Auslöseschwelle
um einen festen oder gestuften Betrag erhöht wird. Ebenso
ist angedacht, eine adaptive Anpassung bspw. in Abhängigkeit
von dem Fluktuationswert, bspw. einer Amplitude der Signalfluktuationen,
vorzunehmen. Beispielsweise kann die aktuelle Auslöseschwelle
durch Addition eines Signalmaximalwerts des aktuellen Beobachtungszeitraums
und einem von diesem Wert abhängigen Offset bestimmt werden.
Ein funktionaler Zusammenhang zwischen Amplitude der Signalfluktuationen
und der Auslöseschwelle sowie die Länge des Beobachtungszeitraums
kann insbesondere empirisch bestimmt werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung wird zusätzlich ein zweiter zeitlicher Verlauf
von Kapazitätswerten eines zweiten Messkondensators ermittelt
und anhand eines Vergleichs des ersten zeitlichen Verlaufs mit dem
zweiten zeitlichen Verlauf bestimmt, ob die wenigstens eine Messelektrode
von störenden Umwelteinflüssen beaufschlagt ist.
Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei dem die
Erkennung von Umwelteinflüssen wie z. B. Regentropfen mittels
Kapazitätsmessung mit mehreren separaten Elektroden erfolgen
kann. In diesem Fall umfasst die Messelektrodenanordnung wenigstens
zwei Messelektroden, die separat mit Kapazitätsmessmitteln
verbunden sind. Dies ermöglicht es, in einem segmentierten
Elektrodensystem Umwelteinflüsse durch geeignete algorithmische
Auswertung der Kapazitätsmesswerte einzelner Elektroden
zu erkennen und von Signalen, die von Zielobjekten stammen, zu unterscheiden.
Als Sensorsystem wird dabei eine Anordnung bestehend aus mindestens
zwei Elektroden vorgeschlagen.
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Beispielsweise
können eine Mehrzahl Kapazitätswerte des ersten
Messkondensators und eine Mehrzahl Kapazitätswerte eines
zweiten Messkondensators als zweiter zeitlicher Verlauf ermittelt
werden. Die Umwelteinflüsse können dadurch ermittelt werden,
dass sich der erste zeitliche Verlauf von dem zweiten zeitlichen
Verlauf unterscheidet. Somit kann eine Elektrode bei der Abstandsmessung
ausgeschlossen werden, deren zeitlicher Verlauf von den übrigen
Verläufen abweicht.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung wird ein Signalschwellwert festgesetzt
und anhand des zeitlichen Abstands zwischen einem Überschreiten
und einem Unterschreiten des Signalschwellwerts durch den ersten
zeitlichen Verlauf bestimmt, ob die wenigstens eine Messelektrode
von störenden Umwelteinflüssen beaufschlagt ist.
Insbesondere ist bei der Beaufschlagung der beiden Zinken einer
Gabelelektrode mit einem Wassertropfen ein Ansteigen und Abfallen
der Kapazität und ein anschließendes erneutes
Ansteigen und Abfallen der Kapazität zu erwarten, was dem
Beaufschlagen des ersten und des zweiten Zinken mit dem Wassertropfen
entspricht. Bei einem ausgedehnten Wasserrinnsal kann hingegen ein
erstes Ansteigen, eine nachfolgende Plateaubildung, ein zweites
Ansteigen, eine nachfolgende Plateaubildung gefolgt von einem ersten
Abfallen, einer erneuten Plateaubildung und schließlich
einem zweiten Abfallen erwartet werden. Gemäß dem
Verfahren kann die Erkennung von Umwelteinflüssen, z. B. über
die Elektrode laufende Regentropfen, insbesondere mittels Kapazitätsmessung
einer einzelnen, kammförmig ausgestalteten Elektrode erfolgen.
Dies ermöglicht es, durch geeignete algorithmische Auswertung
der Kapazitätsmesswerte Umwelteinflüsse zu erkennen
und von Signalen zu unterscheiden, die von Zielobjekten stammen.
Im Vergleich zur Erkennung mit mehreren (segmentierten) Elektroden
ist gemäß dieser Ausgestaltung nur eine einzelne
Elektrode nötig, wenn der erste Messkondensator eine Kammelektrode
mit wenigstens zwei Zinken aufweist. Dies stellt einen Kostenvorteil
dar.
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Insbesondere
kann der zeitliche Abstand mit einer vorbestimmten Zeitdauer verglichen
werden, die abhängig von einem Abstand zweier Zinken der Kammelektrode
ist. Somit kann die Geometrie und Anordnung der Kammelektrode bei
der Auswertung der Kapazitätswerte berücksichtigt
werden. Die Kammelektrode kann mindestens zwei horizontal oder vertikal
ausgerichtete Zinken aufweisen. Somit kann beispielsweise die Fließrichtung
von Regentropfen sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung
erfasst werden. Je feiner die Verästelung der Kammelektrode
ist, desto feiner kann die Fluktuation aufgelöst werden.
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Auch
durch die Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer
Recheneinheit kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell
und effizient gelöst werden. Die Recheneinheit kann Teil
eines Systems zur kapazitiven Abstandsbestimmung sein und insbesondere
als Steuergerät für ein Kraftfahrzeug ausgebildet
sein.
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Die
Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln,
um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens
durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer
oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät
(bspw. ECU), ausgeführt wird.
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Das
erfindungsgemäß vorgesehene Computerprogrammprodukt
mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger
gespeichert sind, ist zum Durchführen aller Schritte eines Verfahrens
ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer
entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät (bspw.
ECU), ausgeführt wird.
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Geeignete
Datenträger sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher,
EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über
Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der
Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ein
Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
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2 eine
Seitenansicht eines Fahrzeug mit einer Elektrodenanordnung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 eine
Draufsicht der Darstellung gemäß 2;
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4 zeigt
einen zeitlichen Verlauf von gemessenen Kapazitäten von
Messkondensatoren der Ausgestaltung gemäß 2 oder 3;
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5 eine
Seitenansicht eines Fahrzeug mit einer Elektrodenanordnung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6 eine
Draufsicht der Darstellung gemäß 5;
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7 zeigt
einen zeitlichen Verlauf von gemessenen Kapazitäten von
Messkondensatoren der Ausgestaltung gemäß 5 oder 6;
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8 eine
Seitenansicht eines Fahrzeug mit einer Elektrodenanordnung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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9 eine
Draufsicht der Darstellung gemäß 8;
und
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10 zeigt
einen zeitlichen Verlauf von gemessenen Kapazitäten von
Messkondensatoren der Ausgestaltung gemäß 8 oder 9.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Gleiche
oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden
Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen
sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung
sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination.
Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln
betrachtet oder zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen
zusammengefasst werden können.
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1 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung von Umwelteinflüssen
bei einer kapazitiven Abstandsmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt 102 wird
ein erster zeitlicher Verlauf von Kapazitätswerten eines
ersten Messkondensators ermittelt. In einem zweiten Schritt 104 wird
anhand des ersten zeitlichen Verlaufs bestimmt, ob die wenigstens
eine Messelektrode von störenden Umwelteinflüssen
beaufschlagt ist.
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Die 2 bis 4 sind
auf ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
gerichtet, das eine Erkennung und Elimination von Umwelteinflüssen
bei kapazitiver Abstandsmessung mit segmentierten Elektroden ermöglicht.
Dabei werden eine Anzahl von zeitlichen Verläufen von Kapazitätswerten
von unterschiedlichen Messkondensatoren bereitgestellt. Gemäß der
vorteilhaften Ausgestaltung können die Umwelteinflüsse
durch einen Vergleich der von den unterschiedlichen Messkondensatoren bereitgestellten
zeitlichen Verläufe erkannt werden.
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2 zeigt
eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 200 und insbesondere
eine daran angeordnete Messelektrodenanordnung. Die Elektrodenanordnung
weist vier Messelektroden 211, 212, 213, 214 auf,
die durch Zusammenwirken mit einer Gegenelektrode jeweils einen
Messkondensator bilden. Die Gegenelektrode wird von dem Eigenfahrzeug 200 gebildet,
wobei die Kapazität der Messkondensatoren von einem Fremdfahrzeug
beeinflusst wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
sind die Elektroden nebeneinander in gleicher Höhe angeordnet.
Dabei sind die erste Elektrode 211 und die zweite Elektrode 212 an
der vorderen Tür und die dritte Elektrode 213 und
die vierte Elektrode 214 an der hinteren Tür des Fahrzeugs
angeordnet. Ferner ist ein über die erste Elektrode 211 fließendes
Wasserrinnsal 220 gezeigt.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf das in 2 gezeigte
Fahrzeug 200. Ferner ist das Fremdfahrzeug 300 gezeigt,
das sich in Höhe der Elektroden 211, 212, 213, 214 seitlich
dem Fahrzeug 200 nähert. Mittels einer Kapazitätsmessung
der Messkondensatoren kann der Abstand zwischen den Fahrzeugen 200 und 300 bestimmt
werden.
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In 4 ist
eine zeitliche Abhängigkeit der Kapazitäten der
Messkondensatoren aus 2 bzw. 3 in einem
Diagramm 400 schematisch dargestellt. Die Kapazität
der Messkondensatoren ist auf einer y-Achse 402 gegen die
Zeit t auf einer x-Achse 401 aufgetragen. Der Kapazitätsverlauf
des die Messelektrode 211 umfassenden Messkondensators
ist mit 411, der Kapazitätsverlauf des die Messelektrode 212 umfassenden
Messkondensators mit 412, der Kapazitätsverlauf
des die Messelektrode 213 umfassenden Messkondensators
mit 413 und der Kapazitätsverlauf des die Messelektrode 214 umfassenden Messkondensators
mit 414 bezeichnet.
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Hervorgerufen
durch den Einfluss des Wasserrinnsals 220 überschreitet
der Kapazitätsverlauf 411 zum Zeitpunkt tf einen
Auslöseschwellwert 430. Die übrigen Kapazitätsverläufe 412, 413 und 414 überschreiten
erst zum Zeitpunkt tr den Auslöseschwellwert 430.
Beispielhaft zeigt 4 schematisch einen Kapazitätsverlauf über
der Zeit bei einer Annäherung des in 3 gezeigten
Zielfahrzeugs an das Elektrodensystem. Die Elektroden 212, 213, 214 seien
frei von störenden Witterungseinflüssen, z. B. dem
Wasserrinnsal 220, weshalb die Kapazitätsverläufe 412, 413 und 414 eine ähnliche
Abhängigkeit von der Zeit bzw. dem Abstand des Zielfahrzeugs
zeigen. Es wird angenommen, dass eine Kalibrierung zwischen Kapazitätswert
und Abstand unter Idealbedingungen vorliegt.
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Vor
der Elektrode 211 sei ein Wasserrinnsal 220, das
die Kapazitätsmessung in der dargestellten Weise verfälscht.
Die Verfälschung bewirkt einen Kapazitätsanstieg
und Kapazitätsabfall während des Herunterlaufens
des Wasserrinnsals 220. Wäre alleine diese Elektrode 211 für
die Abstandsmessung zuständig und würde bei Überschreitung
des Kapazitätswertes über den Auslöseschwellwert 430 ein
Signal abgegeben werden, so geschähe dies zum falschen
Zeitpunkt tf bzw. bei einem falschen Abstand des Fremdfahrzeugs.
Dagegen würden die Kapazitätswerte der die Elektroden 212, 213, 214 umfassenden
Messkondensatoren zum richtigen Zeitpunkt tr die Schwelle 430 überschreiten.
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Die
Ausgestaltung des Verfahrens zur Ermittlung von Umwelteinflüssen
bei einer kapazitiven Abstandsmessung besteht darin, die Kapazitätsverläufe
aller Messkondensatoren zu beobachten und Ausreißer einzelner
Messkondensatoren zu erkennen. Unter der Annahme, dass nicht vor
allen Elektroden ähnliche Nässebedingungen herrschen,
werden sich Gemeinsamkeiten in den Signalverläufen 411, 412, 413, 414 finden
lassen, die von Fluktuationen in den Einzelelektrodensignalen überlagert
sind. Diese Fluktuationen können durch gängige
Methoden der Signalverarbeitung, z. B. Multihypothesentracking (MHT),
erkannt und ausgemittelt bzw. eliminiert werden.
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Optional
kann ein Regensignal ausgegeben werden zur Information über
den Witterungszustand vor einer oder mehreren Messelektroden 211, 212, 213, 214.
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Die
beschriebene Ausgestaltung der Erfindung ist dann besonders gut
verwendbar, wenn die Witterungseinflüsse so gering sind,
dass sich Regentropfen, Rinnsale oder ein Feuchtigkeitsfilm nicht gleichartig über
das gesamte Elektrodensystem verteilen. Weiterhin ist anzunehmen,
dass die Ausdehnung potentieller Objekte zumindest der Ausdehnung zweier
Messelektroden entspricht, damit keine Querempfindlichkeit bezüglich
der Flache vorliegt.
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Die 5 bis 7 sind
auf ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
gerichtet, das eine Erkennung und Elimination von Umwelteinflüssen
bei kapazitiver Abstandsmessung mit einer Kammelektrode ermöglicht.
Dabei wird der zeitliche Verlauf der Kapazität des aus
Messelektrode und Gegenelektrode (hier Eigenfahrzeug 500)
gebildeten Messkondensators ermittelt. Gemäß der
beschriebenen Ausführungsform können die Umwelteinflüsse durch
Vergleichen des ersten zeitlichen Verlaufs mit einem vorbestimmten
Signalverlauf erkannt werden.
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5 zeigt
eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 500 und insbesondere
einer Elektrodenanordnung am Fahrzeug. Die Elektrodenanordnung weist eine
Messelektrode 511 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
ist die Elektrode 511 als Kammelektrode mit einem Elektrodenstamm 543 und
zwei sich davon im wesentlichen senkrecht erstreckende Elektrodenzinken
bzw. -ästen 541 und 542 ausgebildet.
Die Elektrode 511 ist an der vorderen Tür des
Fahrzeugs angeordnet. Die Zinken 541, 542 sind
jeweils horizontal ausgerichtet. Ein Wasserrinnsal 220 ist
gezeigt, das in vertikaler Richtung über die Zinken 541, 542 fließt.
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6 zeigt
eine Draufsicht auf das in 5 gezeigte
Fahrzeug 500. Ferner ist ein Fremdfahrzeug 300 gezeigt,
das sich in Höhe der Elektrode 511 seitlich dem
in 5 gezeigten Fahrzeug nähert und die Kapazität
des Messkondensators beeinflusst. Mittels der Messelektrode 511 kann über
eine kapazitive Abstandsmessung der Abstand zu dem Fremdfahrzeug 300 bestimmt
werden.
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In 7 sind
unterschiedliche zeitliche Abhängigkeiten der Kapazitäten
des Messkondensators aus 5 bzw. 6 in einem
Diagramm 700 schematisch dargestellt. Die Kapazität
des Messkondensators ist auf einer y-Achse 702 gegen die
Zeit t auf einer x-Achse 701 aufgetragen. Die Kapazitätsverläufe
des die Messelektrode 511 umfassenden Messkondensators
ist in Abhängigkeit von unterschiedlichen Umwelteinflüssen
mit 711a, 711b oder 711c bezeichnet.
Ein erster beispielhafter Kapazitätsverlauf 711a bezieht
sich auf den Fall, dass die Annäherung des Fremdfahrzeugs
in Abwesenheit jeglicher Witterungseinflüsse detektiert
wird. Ein zweiter beispielhafter Kapazitätsverlauf 711b zeigt
einen Signalverlauf bei herunterlaufendem Wassertropfen. Der zweite
Kapazitätsverlauf 711b bezieht sich somit auf
den Fall, dass die Annäherung des Fremdfahrzeugs detektiert
wird, während ein Wassertropfen zunächst über
den oberen Zinken 541 und danach über den unteren
Zinken 542 der Kammelektrode 511 fließt. Ein
dritter beispielhafter Kapazitätsverlauf 711c zeigt einen
Signalverlauf bei herunterlaufendem Wasserrinnsal. Der dritte Kapazitätsverlauf 711c bezieht
sich somit auf den Fall, dass die Annäherung des Fremdfahrzeugs
detektiert wird, während ein Wasserrinnsal sowohl über
den oberen Zinken 541 als auch über den unteren
Zinken 542 der Kammelektrode 511 fließt.
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Hervorgerufen
durch den Einfluss des Wassertropfens bzw. des Wasserrinnsals überschreiten die
Kapazitätsverläufe 711b, 711c zum
Zeitpunkt tf den Signalschwellwert 730. Der Signalschwellwert 730 kann
unabhängig vom Auslöseschwellwert 430 oder
mit diesem identisch sein, wie es im vorliegenden Beispiel der Fall
ist. Der Kapazitätsverlauf 711b sinkt jeweils
wieder unter den Signalschwellwert 730, sobald der Tropfen
den oberen Zinken 541 und danach den unteren Zinken 542 der
Kammelektrode verlassen hat. Nach einem erstmaligen Erreichen des
Signalschwellwerts durch die Kapazitätsverläufe 711b, 711c wird
eine Wartezeit Δt gestartet, die zeitlich so bemessen sein
kann, dass der Tropfen sowohl den oberen Zinken 541 als
auch den unteren Zinken 542 überschreiten kann.
Der Einfluss des Tropfens bzw. des Rinnsals bewirkt eine Signalfluktuation 755. Aufgrund
der Annäherung des Fremdfahrzeugs überschreiten
die Kapazitätsverläufe 711a, 711b, 711c zum
Zeitpunkt tr den Auslöseschwellwert 430.
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Beispielhaft
zeigt 7 schematisch den Kapazitätsverlauf 711c über
die Zeit t bei einer Annäherung des Zielfahrzeugs an das
Elektrodensystem in Anwesenheit eines Wasserrinnsales. Der Kapazitätsverlauf 711a zeigt
die Annäherung des Fahrzeugs in Abwesenheit jeglicher Witterungseinflüsse. Es
wird angenommen, dass eine Kalibrierung zwischen Kapazitätswert
und Abstand unter Idealbedingungen vorliegt. Im Folgenden werden
zwei Fälle betrachtet. Zunächst wird ein herunterlaufender
Wassertropfen betrachtet, der die Kapazitätsmessung in der
mit dem Kapazitätsverlauf 711b dargestellten Weise
verfälscht. Ein herunterlaufendes Rinnsal verändert
das Kapazitätssignal in dem durch den Kapazitätsverlauf 711c dargestellten
Verlauf. Der Tropfen läuft zunächst über
den oberen Zinken 541. Dies führt zu einem Kapazitätsanstieg.
Wäre alleine dieser obere Zinken 541 für
die Abstandsmessung zuständig und würde bei Überschreitung
des Kapazitätswertes über den Schwellwert 430 ein
Auslösesignal ausgegeben werden, so geschähe dies
zum falschen Zeitpunkt tf bzw. beim falschen Abstand. Die Erfindung
sieht nun vor, dass bei Überschreitung des Schwellwertes 430 ein
Triggersignal ausgelöst wird, das eine bestimmte Wartezeit Δt
startet, innerhalb der der Wassertropfen über den unteren
Zinken 542 fließen muss. Der Kapazitätswert 711b nimmt
ab, wenn der Tropfen den oberen Zinken 541 verlässt und
steigt wieder an, wenn der Tropfen den unteren Zinken 542 erreicht.
Die Kapazität 711b nimmt schließlich
wieder ab, wenn der Tropfen über den unteren Zinken 542 geflossen
ist. Wird dieser beispielhaft geschilderte höckerförmige
Signalverlauf innerhalb der Wartezeit Δt erkannt, so wird
kein Auslösesignal, bspw. an eine Abstandswarneinrichtung
oder einen Airbagalgorithmus, gesendet. Das Auslösesignal
kann vielmehr in diesem Spezialfall ausgegeben werden, wenn der
Kapazitätswert 711b zum richtigen Zeitpunkt tr
die Schwelle 430 überschreitet und nach der Wartezeit Δt
immer noch darüber liegt.
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Beim
Herunterlaufen eines Rinnsales ergibt sich der Verlauf 711c mit
einem Plateau, da nach dem noch benetzten oberen Zinken 541 auch
der untere Zinken 542 einen Beitrag zur Kapazität 711c liefert.
Der Kapazitätswert 711c fällt wieder
ab, wenn das Rinnsal den oberen bzw. unteren Zinken 541, 542 verlässt.
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Aus
der Schilderung der beiden Beispiele geht hervor, dass sich i. a.
starke Signalfluktuationen 755 bei Anwesenheit mehrerer
Wassertropfen bzw. Rinnsale ergeben, die jedoch zumindest eine Erkennung
von Witterungseinflüssen zulassen. Dadurch lassen sich
Fehlauslösungen vermeiden. Die Ausgestaltung des Verfahrens
zur Erkennung von Witterungseinflüssen besteht gemäß dem
anhand der 5 bis 7 beschriebenen
Ausführungsbeispiel darin, die Signalfluktuationen 755 zu
beobachten und von Kapazitätsänderungen bei Annäherung
eines Fahrzeugs zu unterscheiden. Dazu können z. B. gängige
Verfahren zur Mustererkennung herangezogen werden.
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Vorzugsweise
ist der Bereich des Stamms 543 im Vergleich zur Größe
der Zinken klein zu halten oder elektrisch gegen Witterungseinflüsse
abzuschirmen, da in diesem Bereich keine Erkennung der Witterungseinflüsse
möglich ist. Optional kann die Verästelung auch
feiner erfolgen, um die Fluktuationen noch feiner aufgelöst
auswerten zu können, wodurch Rückschlüsse
z. B. auf die Fließgeschwindigkeit und damit die Intensität
des Niederschlages möglich sind. Beispielsweise kann eine
Kammelektrode optional mit variablem Zwischenraum zwischen den Zinken eingesetzt
werden. Optional kann die Anordnung Zinken der Elektrode auch vertikal,
z. B. in Kombination mit einer separaten horizontal angeordneten
Gabelelektrode erfolgen, um auch Fließrichtungen in horizontaler
Richtung erkennen zu können, wie sie beispielsweise bei
schneller Fahrt im Regen auftreten.
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Optional
kann ein Regensignal ausgegeben werden zur Information über
den Witterungszustand und die Stärke des Niederschlages.
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Die
beschriebene Ausgestaltung der Erfindung ist dann besonders gut
verwendbar, wenn sich Regentropfen, Rinnsale oder ein Feuchtigkeitsfilm nicht
gleichartig über das gesamte Elektrodensystem verteilen.
Im Fall eines ideal homogenen Wasserfilms treten keine Signalfluktuationen
mehr auf. Dann liegen jedoch wiederum günstige Voraussetzungen
für die Abstandsmessung vor. Ein geeigneter Zinkenzwischenraum
sowie die Wartezeit Δt können an typische Fließ-
und maximale Crashgeschwindigkeiten angepasst werden. Weiterhin
sollten potentielle Zielobjekte größer als die
Elektrode sein, damit keine Querempfindlichkeit bezüglich
der Flache vorliegt.
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Die 8 bis 10 sind
auf ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
gerichtet, das eine Erkennung von Umwelteinflüssen bei kapazitiver
Abstandsmessung mit nur einer Elektrode ermöglicht. Dabei
wird ein Fluktuationswert des zeitlichen Verlaufs von Kapazitätswerten
bestimmt und anhand des Fluktuationswertes bestimmt, ob Umwelteinflüsse
vorliegen.
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8 zeigt
eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 800 und insbesondere
eine daran angeordnete Messelektrodenanordnung. Die Elektrodenanordnung
weist eine Messelektrode 811 auf, die durch Zusammenwirken
mit dem Eigenfahrzeug 800 einen Messkondensator bildet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist
die Elektrode 811 an der vorderen Tür des Fahrzeugs 800 angeordnet.
Ferner ist ein über die erste Elektrode 811 fließendes
Wasserrinnsal 220 gezeigt.
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9 zeigt
eine Draufsicht auf das in 8 gezeigte
Fahrzeug 800. Ferner ist das Fremdfahrzeug 300 gezeigt,
das sich in Höhe der Elektrode 811 seitlich dem
Fahrzeug 800 nähert. Mittels einer Kapazitätsmessung
des Messkondensators kann der Abstand zwischen den Fahrzeugen 800 und 300 bestimmt
werden.
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In 10 ist
eine zeitliche Abhängigkeit der Kapazität des
Messkondensators aus 8 bzw. 9 in einem
Diagramm 1000 schematisch dargestellt. Die Kapazität
des Messkondensators ist auf einer y-Achse 1002 gegen die
Zeit t auf einer x-Achse 1001 aufgetragen. Der Kapazitätsverlauf
des aus Messelektrode 811 und Eigenfahrzeug 800 gebildeten
Messkondensators ist mit 1011 bezeichnet.
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Hervorgerufen
durch den Einfluss des Wasserrinnsals 220 fluktuiert der
zeitliche Verlauf der Kapazität, wobei über eine
Zeitdauer 1015 ein Fluktuationswert 1020 bestimmt
werden kann. Der Fluktuationswert 1020 ist im gezeigten
Beispiel als Signaldifferenz zwischen Minimal- und Maximalwert innerhalb des
Beobachtungszeitraums 1015 gebildet, kann aber ebenso als
die Standardabweichung der Messwerte innerhalb des Beobachtungszeitraumes
ermittelt werden. Anhand des Fluktutationswertes wird festgestellt,
dass Störeinflüsse vorhanden sind. Gemäß der
dargestellten Ausführungsform wird somit der Auslöseschwellwert 430 angepasst.
Die Anpassung erfolgt durch Addition des bisherigen Auslöseschwellwerts 430 und
des Fluktuationswertes 1020 zu einem neuen Auslöseschwellwert 1030.
Ohne Anpassung würde der Kapazitätsverlauf 811 zum
Zeitpunkt tf den Auslöseschwellwert 430 überschreiten. Durch
Anpassung überschreitet der Kapazitätsverlauf 811 den
neuen Auslöseschwellwert 1030 erst zu einem Zeitpunkt
tr.
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Die
beschriebene Ausgestaltung der Erfindung ist dann besonders gut
verwendbar, wenn die Witterungseinflüsse so gering sind,
dass sich Regentropfen, Rinnsale oder ein Feuchtigkeitsfilm nicht gleichartig über
das gesamte Elektrodensystem verteilen. Weiterhin ist anzunehmen,
dass die Ausdehnung potentieller Objekte zumindest der Ausdehnung der
Messelektrode entspricht, damit keine Querempfindlichkeit bezüglich
der Fläche vorliegt.
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Es
versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur besonders bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung dargestellt ist. Daneben
ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen
dieser Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist die Erfindung nicht
auf die Verwendung bei Fahrzeugen beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - GB 2404443 [0005]
- - DE 19501642 B4 [0006, 0006]