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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zumindest teilautonomen Betrieb eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrerassistenzsystem zur Durchführung des Verfahrens.
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Aus der
EP 0 999 117 A2 ist ein Fahrzeug mit einem Brems- und Lenksystem bekannt, wobei das Fahrzeug mindestens zwei Achsen aufweist und das Brems- und Lenksystem an jeder Achse für jedes Rad eine Bremsfunktion und an zumindest einer Achse eine Lenkfunktion ausübt, und mindestens einer Recheneinheit, in der für jedes Rad eine Sollbremswirkung und für jedes Rad mit Lenkfunktion eine Solllenkwirkung aufgrund von Sensorsignalen ermittelt wird, wobei die Bremsfunktion und die Lenkfunktion aufgrund der ermittelten Sollbremswirkung und Solllenkwirkung mittels Stellsystemen des Brems- und Lenksystems geregelt bzw. gesteuert werden, die für die Bremsfunktion eine Betriebsbremse und für die Lenkfunktion zusätzlich einen Lenksteller beinhalten. Das Brems- und Lenksystem bremst im Fehlerfall einer Lenksystemkomponente, insbesondere eines Lenkstellers, gezielt einzelne Räder zur Aufrechterhaltung der Lenkbarkeit des Fahrzeugs.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum zumindest teilautonomen Betrieb eines Fahrzeugs und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrerassistenzsystem anzugeben.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und hinsichtlich des Fahrerassistenzsystems mit den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einem Verfahren zum zumindest teilautonomen Betrieb eines Fahrzeugs erfolgt eine autonome Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs mittels wenigstens einer Aktoreinheit. Erfindungsgemäß sind zur autonomen Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs eine Mehrzahl von Aktoreinheiten vorgesehen, wobei die autonome Querführung automatisch von einer primär eingesetzten Aktoreinheit auf mindestens eine andere Aktoreinheit übertragen wird, wenn während des Betriebs des Fahrzeugs eine Fehlfunktion oder ein Ausfall der primär eingesetzten Aktoreinheit und/oder eines die primär eingesetzte Aktoreinheit steuernden Fahrsystems erfasst wird und wobei gleichzeitig eine Verzögerung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs eingeleitet wird.
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Mittels des Verfahrens können Störungen und/oder Ausfälle von Aktoreinheiten und/oder einem Fahrsystem, welches die primär eingesetzte Aktoreinheit ansteuert, beim teil- und/oder vollautonomen Betrieb eines Fahrzeugs, insbesondere bei einer vollautonomen Querführung, kompensiert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn aufgrund des Automatisierungsgrades des Fahrzeugs dem Fahrer fahrfremde Tätigkeiten während des Fahrbetriebs erlaubt sind und eine Rückkehr zur manuellen Fahrzeugführung nur zeitlich verzögert möglich ist. Der Betrieb des Fahrzeugs wird somit bis zur Überführung des Fahrzeugs in einen sicheren Zustand sichergestellt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch ein Fahrerassistenzsystem für einen zumindest teilautonomen Betrieb eines Fahrzeugs.
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1 zeigt ein Fahrerassistenzsystem 1 für eine teil- und/oder vollautonome Längs- und Querführung eines nicht dargestellten Fahrzeugs in schematischer Darstellung.
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Das Fahrerassistenzsystem 1 umfasst sechs Fahrerassistenzeinheiten 1.1 bis 1.6 und ist sowohl mit einer in und/oder an dem Fahrzeug angeordneten Sensorik 2 als auch mit einer in dem Fahrzeug angeordneten Aktorik 3 gekoppelt.
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Eine erste Fahrerassistenzeinheit 1.1 ist mit einem Ausgang der Sensorik 2 gekoppelt. Die Sensorik 2 umfasst als Sensoreinheiten 2.1 bis 2.n beispielsweise eine Stereokamera, Kraft- und Wegsensoren eines Bremspedals, Sensoren zur Erfassung einer Motormomentreduzierung und/oder dergleichen mehr. Die erste Fahrerassistenzeinheit 1.1 ermittelt somit in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Sensoreinheiten 2.1 bis 2.n beispielsweise Fahrbahnmarkierungen auf einer Fahrbahn, eine Eigenposition des Fahrzeugs, Ortspositionen von Objekten und/oder Hindernissen auf der Fahrbahn sowie Fahrzustandsparameter des eigenen Fahrzeugs wie z. B. Fahrgeschwindigkeit, Verzögerung und/oder dergleichen mehr.
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Die erste Fahrerassistenzeinheit 1.1 ist weiterhin mit einer zweiten Fahrerassistenzeinheit 1.2 gekoppelt, die in Abhängigkeit eines Ausgangssignals der ersten Fahrerassistenzeinheit 1.1 eine Situationsbewertung durchführt und das Ergebnis an eine dritte Fahrerassistenzeinheit 1.3 weiterleitet, mittels der eine Verhaltensgenerierung bestimmt wird. Die dritte Fahrerassistenzeinheit 1.3 ist mit einer vierten Fahrerassistenzeinheit 1.4 gekoppelt, mittels der in Abhängigkeit der bestimmten Verhaltensgenerierung eine Trajektorie für eine Längsregelung und/oder eine Querregelung des Fahrzeugs ermittelt wird. Die vierte Fahrerassistenzeinheit 1.4 ist dabei mit einer fünften Fahrerassistenzeinheit 1.5 und einer sechsten Fahrerassistenzeinheit 1.6 gekoppelt, wobei die fünfte Fahrerassistenzeinheit 1.5 eine von der vierten Fahrerassistenzeinheit 1.4 vorgegebene Längsdynamiktrajektorie und die sechste Fahrerassistenzeinheit 1.6 eine von der vierten Fahrerassistenzeinheit 1.4 vorgegebene Querdynamiktrajektorie einregelt.
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Dazu sind die fünfte Fahrerassistenzeinheit 1.5 und die sechste Fahrerassistenzeinheit 1.6 mit der Aktorik 3 gekoppelt, wobei die Aktorik 3 eine Mehrzahl von Aktoreinheiten 3.1 bis 3.5 umfasst, die von in dem Fahrzeug angeordneten Fahrsystemen gesteuert werden. Die Aktoreinheiten 3.1 bis 3.5 setzen die von der fünften Fahrerassistenzeinheit 1.5 und der sechsten Fahrerassistenzeinheit 1.6 vorgegebene Längsregelung und Querregelung als Längsführung bzw. Querführung des Fahrzeugs um.
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Beispielsweise ist eine primär eingesetzte Aktoreinheit 3.1 eine elektrische angetriebene Servolenkung eines Fahrsystems, welches in die Lenkung des Fahrzeugs unterstützend eingreift. Eine zweite Aktoreinheit 3.2 umfasst mindestens eine Radbremse, die von einem elektronisch gesteuerten Fahrsystem gesteuert wird, wobei durch ein gezieltes Abbremsen einzelner Räder des Fahrzeugs eine Querführung des Fahrzeugs steuerbar ist. Eine dritte Aktoreinheit 3.3 umfasst eine Anzahl von Ventilen, insbesondere ein Saugdrosselventil und/oder Regelventile und/oder Sperrventile, die mittels eines elektro-hydraulisch aktiven Fahrwerksystem gesteuert werden. Eine vierte Aktoreinheit 3.4 umfasst eine Motorbremse und eine fünfte Aktoreinheit 3.5 eine Rekuperationsbremse. Alternativ können auch weniger oder mehr als die gezeigten und beschriebenen Aktoreinheiten 3.1 bis 3.5 für die Aktorik 3 vorgesehen sein.
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Für die Querführung des Fahrzeugs ist als die primär eingesetzte Aktoreinheit 3.1 die elektrisch angetriebene Servolenkung vorgesehen. Alternativ können mit teilweise begrenzter Wirkung auch die mindestens eine Radbremse und/oder die steuerbaren Ventile vorgesehen sein.
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Für die Längsführung des Fahrzeugs steht insbesondere die Verringerung der Fahrgeschwindigkeit im Vordergrund, um das Fahrzeug in den sicheren Zustand des Anhaltens überführen zu können. Hierzu wird vorzugsweise die mindestens eine Radbremse eingesetzt. Alternativ können mit teilweise begrenzter Wirkung auch die Servolenkung, die Motorbremse und/oder die Rekuperationsbremse und/oder das Ausrollen lassen auf dem Standstreifen bei Sicherstellen eines freien Raumes vorgesehen sein. Es ist ebenso denkbar, nicht reversible Maßnahmen zur Verzögerung des Fahrzeugs vorzusehen, z. B. das Blockieren von Ventilen oder anderer Klappen im Motorbereich.
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In Abhängigkeit eines Automatisierungsgrades des Fahrzeugs, insbesondere im Hinblick auf eine autonome Querführung ist eine entsprechende Absicherung gegenüber Fehlfunktionen und Ausfällen der Aktorik 3 und/oder von die Aktorik 3 steuernden Fahrsystemen von hoher Bedeutung. Dies gilt insbesondere dann, wenn dem Fahrer während des Betriebs des Fahrzeugs fahrfremde Tätigkeiten erlaubt sind und eine Rückkehr in die manuelle Fahrzeugführung nur verzögert möglich ist.
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Das bedeutet, dass etwaige Fehlfunktionen oder Ausfälle, welche innerhalb der Aktorik 3 und/oder innerhalb des entsprechenden Fahrsystems während des teil- oder vollautonomen Fahrbetriebes auftreten, so lange vom Fahrerassistenzsystem 1 autonom kompensiert werden müssen, bis der Fahrer zur manuellen Fahrzeugführung bereit ist oder bis sich das Fahrzeug in einem sicheren Zustand befindet, wie z. B. durch ein Anhalten auf dem Standstreifen. Als Fehlfunktionen oder Ausfälle innerhalb der Aktorik 3 und/oder innerhalb eines Fahrsystems können z. B. partielle Einschränkungen wie Dynamikbegrenzungen, u. a. aufgrund von Übertemperatur, Ausfälle innerhalb der Sensorik 2, Steuergerätefehler, Motor- und Ventildefekte etc., auftreten. Insbesondere einem Ausfall einer Bremse und/oder Lenkung sind bzw. ist dabei eine besonders große Bedeutung zuzumessen.
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Die Erfindung sieht daher einen Ansatz zur Kompensation solcher Ausfälle und Fehlfunktionen vor, wobei eine Mehrzahl von Aktoreinheiten 3.1 bis 3.5 zur autonomen Quer- und/oder Längsführung des Fahrzeugs vorgesehen sind und wobei die Querführung automatisch von der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1 auf eine der anderen Aktoreinheiten 3.2 bis 3.5 übertragen wird. Damit kann eine Anzahl von Falschaktuierungen und/oder Ausfällen ohne aufwändige Zusatzmaßnahmen reduziert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von mehreren, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel fährt das Fahrzeug auf einer für einen Autobahnpiloten des Fahrzeugs freigegebenen Autobahn, wobei sich der Fahrer intensiv mit einer fahrfremden Tätigkeit, z. B. mit der Beantwortung komplexer E-Mails beschäftigt. Das Fahrzeug fährt mit einer Fahrgeschwindigkeit von ca. 100 km/h auf der mittleren Spur einer dreispurigen Autobahn mit Standstreifen.
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Zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer langen Rechtskurve fällt die primär eingesetzte Aktoreinheit 3.1, d. h. hierbei die Servolenkung, aus. Damit sind eine vollautonome Querregelung und eine unterstützende Servolenkung des Fahrzeuges nicht mehr möglich. Da auf der Autobahn ein hohes Verkehrsaufkommen herrscht, ist es im Hinblick auf die Verkehrssicherheit notwendig, das Fahrzeug sicher in den Stand zu bringen, vorzugsweise auf dem Standstreifen.
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Das Fahrerassistenzsystem 1, hierbei z. B. ein Autobahnpilotsystem, erkennt den Ausfall der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1 und führt einen sofortigen Übergabeprozess an den Fahrer durch, z. B. mittels einer adäquaten Warnung des Fahrers und dem automatischen Einschalten der Warnblickanlage zur Warnung des nachfolgenden Verkehrs. Da der Fahrer aber sehr vertieft in seine E-Mails war und das Verkehrsgeschehen nicht verfolgt hat, dauert es mehrere Sekunden, bis er die aktuelle Situation korrekt erfasst hat und entsprechend richtig auf die Situation reagieren kann. Wenn nun keine weitere autonome Querregelung durch das Fahrerassistenzsystem 1 zur Verfügung gestellt wird, würde das Fahrzeug aufgrund der Rechtskurve auf die linke Spur driften und gegebenenfalls mit einer Fahrbahnbegrenzung, z. B. einer Leitplanke, kollidieren.
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Um diesen Zeitraum sicher zu überbrücken, schaltet die sechste Fahrerassistenzeinheit 1.6, d. h. die Querregelungseinheit des Autobahnpilotensystems, auf die Nutzung einer Giermomentschnittstelle der zweiten Aktoreinheit 3.2, d. h. mittels Einzelradbremsung, um. Ziel ist es hierbei, das Fahrzeug auf einer sicheren Trajektorie innerhalb der Fahrspur zu halten. Gleichzeitig wird die Fahrgeschwindigkeit verringert, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu überführen. Die Fahrgeschwindigkeit wird dabei in einer der Verkehrssicherheit entsprechenden Zeitdauer verringert, so dass Fehl- und Folgereaktionen beim nachfolgenden Verkehr vermieden oder zumindest verringert werden. Vorzugsweise sind dem Fahrerassistenzsystem 1 die Performanceeigenschaften der Aktorik 3 bzw. der Aktoreinheiten 3.1 bis 3.5 bekannt, so dass eine sichere Trajektorie entsprechend dieser Eigenschaften gewählt werden kann.
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Nachdem der Fahrer die Kontrolle des Fahrzeuges vollständig übernommen hat, unterstützt das Fahrerassistenzsystem 1 den Fahrer dabei, das Fahrzeug sicher auf dem Standstreifen zum Stillstand zu bringen. Durch den Ausfall der unterstützenden Servolenkung muss der Fahrer mit sehr hohen Lenkkräften arbeiten. Da die Sensorik 2, insbesondere ein Lenkmomentsensor, noch funktionsfähig ist, wird mittels der Giermomentschnittstelle das Lenken des Fahrers z. B. auf den Standstreifen unterstützt.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Fahrsituation analog zum ersten Ausführungsbeispiel, wobei beim Ausfall der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1 die autonome Querführung des Fahrzeugs auf die dritte Aktoreinheit 3.3, d. h. Ventile, übertragen wird.
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In einem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Fahrsituation analog zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die autonome Quer- und/oder Längsführung des Fahrzeugs im störfreien Betrieb mittels Einzelradbremsung erfolgt, welche hierbei die primär eingesetzte Aktoreinheit 3.1 darstellt. Beim Ausfall der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1 wird dann die Motorbremse über aktives Rückschalten aktiviert.
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Vorzugsweise werden spezifische Eigenschaften der Aktorik 3, insbesondere die Dynamik und Begrenzungen in der Längs- und/oder Querregelung, berücksichtigt. Dies ist im Rahmen der Erfindung von großer Bedeutung, da hierbei weder eine Gierreaktion noch eine Verzögerung der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1 möglich ist oder auch die Nutzung der Giermomentschnittstelle der zweiten Aktoreinheit 3.2 als eine Rückfalllösung zur Lenkungsansteuerung mit einer Längsverzögerung verbunden ist. Entsprechend sind mit einer Referenzaktorik real fahrbare Trajektorien zu bestimmen. Hierbei ist zusätzlich die Kenntnis einer aktuellen Fahrbahntopologie vorteilhaft, z. B. ist ein Anhalteweg beim Ausrollen an einer Steigung anders zu bewerten als an einer Gefällstrecke.
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Darüber hinaus ist es denkbar, verschiedene Eskalationsstufen bei der Übertragung der autonomen Querführung von der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1 auf eine andere Aktoreinheit 3.2 bis 3.5 in Abhängigkeit eines Kritikalitätsmaßes vorzusehen. So ist es beispielsweise auf einer freien Autobahn, die ein gefahrloses Ausrollen des Fahrzeugs auf dem Standstreifen erlaubt, nicht notwendig bzw. sinnvoll, durch irreversible Maßnahmen wie beispielsweise das Blockieren von Motorventilen das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen. Zusätzlich können verschiedene Maßnahmen oder die Übertragung auf eine oder mehrere andere Aktoreinheiten 3.1 bis 3.5 zeitlich gestaffelt erfolgen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen beispielsweise eine strukturtechnische Weiterführung eines Zweikreisbremssystems der elektronischen Fahrstabilitätseinheit auf die Elektronik- und Signalverarbeitungsebene vor, so dass effektiv zwei Bremssysteme entstehen, deren Ausfälle nicht oder nur marginal korrelieren.
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Analog dazu können auch Fehlfunktionen und/oder Degradationen innerhalb der Aktorik 3 verfolgt werden, z. B. Temperaturdegradationen der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1. Somit werden Kenntnisse der Aktorbegrenzungen und/oder Rückfalllösungen genutzt. Es ist dabei vorteilhaft, wenn entsprechende Schnittstellen der Aktoreinheiten 3.1 bis 3.5 dahingehend erweitert werden, dass die Eigenschaften der Aktoreinheiten 3.1 bis 3.5 jeweils übertragbar sind.
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Ebenfalls denkbar ist es, dass bei Ausfall der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1 und/oder eines die primär eingesetzte Aktoreinheit 3.1 steuernden Fahrsystems die Kontrolle vom Fahrer an ein entsprechend ausgebildetes Rückfall-Assistenzsystem übergeben wird, dass den Übergang in den sicheren Zustand, z. B. durch ein sicheres Anhalten auf dem Standstreifen, automatisiert sicherstellt.
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Die Aufteilung eines Bordnetzes kann hierbei in verschiedenen Pfaden erfolgen, die eine Trennung zwischen der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1 und den anderen möglicherweise zu aktivierenden Aktoreinheiten 3.2 bis 3.5 berücksichtigen. Dazu muss das Bordnetz gegebenenfalls nicht vollständig redundant ausgelegt werden.
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Wenn ein Teil der primär eingesetzten Aktoreinheit 3.1, z. B. ein mit der ersten Aktoreinheit 3.1 gekoppelter Drehmomentsensor, noch funktionsfähig ist und damit Daten liefert, so ist gegebenenfalls eine Regelung einer Rückfallaktorik aufbaubar, die es auch beim freien Fahren entsprechend der Momentvorgabe des Fahrers ermöglicht, das Fahrzeug in einem sicheren Zustand abzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrerassistenzsystem
- 1.1
- erste Fahrerassistenzeinheit
- 1.2
- zweite Fahrerassistenzeinheit
- 1.3
- dritte Fahrerassistenzeinheit
- 1.4
- vierte Fahrerassistenzeinheit
- 1.5
- fünfte Fahrerassistenzeinheit
- 1.6
- sechste Fahrerassistenzeinheit
- 2
- Sensorik
- 2.1 bis 2.n
- Sensoreinheiten
- 3
- Aktorik
- 3.1
- primär eingesetzte Aktoreinheit
- 3.2
- zweite Aktoreinheit
- 3.3
- dritte Aktoreinheit
- 3.4
- vierte Aktoreinheit
- 3.5
- fünfte Aktoreinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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