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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Simulationssystem zum Testen eines Objekterfassungssystems wie etwa eines Einparkassistenten, der den Abstand zu Objekten in der Umgebung eines Ego-Fahrzeugs misst, um gegebenenfalls dessen Fahrer vor einer möglichen Kollision zu warnen oder selbsttätig anhand der gemessenen Abstände einen Weg in eine Parklücke festzulegen und das Ego-Fahrzeug entlang dieses Weges zu lenken, oder eines Kollisionswarnsystems, das den Abstand eines Ego-Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug misst, um in Abhängigkeit vom gemessenen Abstand ein Warnsignal zu erzeugen oder die Geschwindigkeit des Ego-Fahrzeugs zu korrigieren. Herkömmliche Objekterfassungssysteme basieren auf der Emission eines Abtastsignals durch einen Sensor des Objekterfassungssystems, der Reflexion des Abtastsignals durch ein externes Objekt und der Auswertung eines von demselben Sensor oder einem anderen Sensor des Objekterfassungssystems aufgefangenen Echos.
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Die Ableitung der gewünschten Informationen zu Position und Abstand des Objekts aus dem Echosignal ist kompliziert und aufwändig, und um Fehler bei der Auswertung des Echosignals ausmerzen zu können, sind im Laufe der Entwicklung eines Objekterfassungssystems umfangreiche Tests unter kontrollierten Bedingungen erforderlich.
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Um solche Tests effizient und reproduzierbar durchführen zu können, werden Simulationssysteme verwendet, die ein von dem Objekterfassungssystems auszuwertendes Signal erzeugen. Ein solches Simulationssystem ist zum Beispiel aus
DE 100 47 082 A1 bekannt. Dieses Simulationssystem liefert ein elektronisches Signal, das anstelle des Ausgangssignals eines Sensors in eine Auswertungsschaltung des zu testenden Objekterfassungssystems eingespeist wird. Die Sensoren bleiben auf diese Weise von der Simulation ausgeklammert; das Simulationsergebnis ist nur insoweit aussagekräftig, als das vom Simulationssystem in das Objekterfassungssystem eingespeiste Signal ein Sensorausgangssignal tatsächlich korrekt nachbildet. Um Unterschieden des Antwortverhaltens verschiedener Sensortypen Rechnung tragen zu können, müssen die Simulationssignale spezifisch für den zu simulierenden Sensortyp vorbereitet werden. Einflüsse der Einbauumgebung eines Sensors auf dessen Antwortverhalten müssten, um berücksichtigt werden zu können, vorab systematisch ermittelt werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Simulationssystem zu schaffen, das keine Anpassung an den Typ des verwendeten Sensors und an dessen Einbauumgebung erfordert.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch ein Simulationssystem zum Testen eines auf Reflexion eines Abtastsignals durch ein zu erfassendes Objekt basierenden Objekterfassungssystems mit wenigstens einer Testkammer, in der ein das Abtastsignal erzeugender Sensor des Objekterfassungssystems platzierbar ist und die einen Absorber für das Abtastsignal sowie eine Quelle für ein simuliertes Echosignal zum Empfang durch den Sensor enthält. Der Absorber verhindert, dass, falls ein Sender des Sensors ein Abtastsignal erzeugt, dieses ein von dessen Empfänger erfassbares Echosignal liefert. So kann das simulierte Echosignal an dessen Stelle gesetzt werden. Da zumindest ein Empfänger des Sensors in den Verarbeitungsweg des Simulationssignals eingegliedert ist und sein Antwortverhalten sich bei der Umsetzung des sich im Raum ausbreitenden Echosignals in das Sensorausgangssignal auswirkt, braucht das Simulationssystem nur das Echosignal nachzubilden. Da der Sensor auf dieses keinen Einfluss hat, braucht der Typ des Sensors bei der Erzeugung des Echosignals durch das Simulationssystem nicht berücksichtigt zu werden. Auch ein Einfluss der Einbauumgebung des Sensors braucht bei der Simulation des Echosignals nicht berücksichtigt werden. Wenn der Sensor mitsamt seiner vorgesehenen Einbauumgebung in der Testkammer platziert wird, hat die Einbauumgebung auf das simulierte Echosignal genau denselben Einfluss wie später in der Praxis auf ein echtes Echosignal, und daher kann diesem Einfluss wenn nötig durch eine Anpassung des Signalverarbeitungsalgorithmus im Objekterfassungssystem oder eine bauliche Veränderung der Einbauumgebung Rechnung getragen werden.
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Vorzugsweise sind die Wände der Testkammer mit dem Absorber ausgekleidet, um sowohl das Abtastsignal als auch Reflexionen des simulierten Echosignals zu unterdrücken, so dass der Sensor des Objekterfassungssystems, wenn er in der Testkammer platziert ist, nur das von der Quelle auf direktem Wege eintreffende simulierte Echosignal empfängt.
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Vorzugsweise sind das Abtastsignal und das simulierte Echosignal Ultraschallsignale, und die Quelle umfasst einen Signalgenerator und einen von dem Signalgenerator angesteuerten Lautsprecher.
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Die Quelle sollte eingerichtet sein, das simulierte Echosignal anhand von Angaben über die Position des Sensors relativ zu einem zu simulierenden Objekt in Echtzeit zu berechnen. So kann das Simulationssystem auch dann ein realistisches simuliertes Echosignal liefern, wenn, wie insbesondere in einem Fahrsimulator der Fall, die Bewegung von Sensor und Objekt zueinander nicht a priori festgelegt ist, sondern die Angaben über die Position erst im Laufe des Simulationsprozesses erzeugt werden.
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Ein Objekterfassungssystem umfasst typischerweise mehrere Sensoren, um anhand von Laufzeitdifferenzen zwischen von den mehreren Sensoren erfassten Echos deren Herkunftsrichtung ermitteln zu können. Bei dem Simulationssystem zu einem solchen Objekterfassungssystem sollte jedem der mehreren Sensoren jeweils eine Testkammer zugeordnet sein. Da somit jeder Sensor nur dasjenige simulierte Echosignal auffangen kann, das von der in derselben Testkammer angeordneten Quelle emittiert wird, können aus unterschiedlichen Richtungen eintreffende Echos durch Steuern eines Zeitversatzes, mit dem die Quellen der verschiedenen Kammern angesteuert werden, simuliert werden.
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Um die Quelle zu triggern, kann die Testkammer einen Empfänger für das Abtastsignal aufweisen.
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Ein solcher Empfänger kann die Simulation des Echosignals für unterschiedliche Abtastsignale erleichtern, indem eine bekannte Impulsantwort des zu simulierenden Objekts mit dem vom Empfänger aufgezeichneten Abtastsignal gefaltet wird.
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Damit das Simulationssystem ausreichend Zeit für die Berechnung des simulierten Echosignals zur Verfügung hat, sollte es das Triggersignal zu einem möglichst frühen Zeitpunkt empfangen. Deswegen ist einer anderen Ausgestaltung des Simulationssystems zu Folge die Quelle durch ein elektronisches Signal des Objekterfassungssystems getriggert, das auch die Emission des Abtastsignals durch den Sensor steuert. Ein solches Triggersignal steht früher zur Verfügung als das eines Empfängers für das Abtastsignal, da keine Zeit für die Signalausbreitung in Luft verloren wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines Simulationssystems gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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2 eine simulierte Umgebung eines Fahrzeugs; und
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3 ein Blockdiagramm gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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Das Simulationssystem der 1 ist vorgesehen zum Testen eines Objekterfassungssystems, hier einer Einparkhilfe, die mehrere, z. B. entlang eines vorderen oder hinteren Stoßfängers eines Fahrzeugs verteilte Ultraschallsensoren 1 umfasst. Zu jedem Ultraschallsensor 1 umfasst das Simulationssystem eine Testkammer 2. In dieser Testkammer 2 kann der zugeordnete Ultraschallsensor 1 für sich allein montiert sein; im hier betrachteten Fall ist der Stoßfänger in mehrere Abschnitte 3 zerlegt, die jeweils einen der Ultraschallsensoren 1 umgeben, und jeder Ultraschallsensor 1 ist in der zugehörigen Testkammer 2 mitsamt dem ihn umgebenden Stoßfängerabschnitt 3 montiert.
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Jeder Ultraschallsensor 1 umfasst einen Lautsprecher 4, der im Rahmen des Objekterfassungssystems zum Emittieren eines Ultraschall-Abtastsignals dient und zu diesem Zweck mit einem elektrischen Abtastsignal von einer Abtastsignalquelle 6 angesteuert wird, und ein Mikrofon 5 zum Auffangen von Echos des Abtastsignals, die von eventuell in der Umgebung des Sensors 1 vorhandenen Objekten zurückgeworfen werden.
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Die Testkammer 2, in der der Sensor 1 im Rahmen des Simulationssystems montiert ist, ist frei von echoerzeugenden Objekten. Ein Ultraschall-Abtastsignal vom Lautsprecher 4 wird daher zum Erzeugen von Echos nicht benötigt. Deswegen kann der Lautsprecher 4, wenn der Sensor 1 zum Testen in der Testkammer 2 montiert ist, wie dargestellt mit der Abtastsignalquelle 6 unverbunden sein. Stattdessen ist hier das elektrische Abtastsignal als Triggersignal zu einem Signalgenerator 7 des Simulationssystems weitergeführt, um die Erzeugung eines elektronischen simulierten Echosignals durch den Signalgenerator 7 auszulösen.
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Mit dem elektronischen simulierten Echosignal steuert der Signalgenerator 7 einen in der Testkammer 2 dem Sensor 1 gegenüberliegend montierten Lautsprecher 8 an.
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Ein daraufhin von dem Lautsprecher 8 emittiertes simuliertes Ultraschall-Echosignal erreicht das Mikrofon 5 des Ultraschallsensors 1 auf direktem Wege. Die Wände der Testkammer 2 sind mit einer ultraschallabsorbierenden Dämpfungsschicht 9 ausgekleidet, um zu verhindern, dass zusätzlich zu dem auf geradem Wege vom Lautsprecher 8 zum Mikrofon 5 übertragenen simulierten Ultraschall-Echosignal noch verzögerte, an den Wänden der Testkammer 2 reflektierte Signale zum Mikrofon 5 gelangen. Das Mikrofon 5 setzt das simulierte Ultraschall-Echosignal in ein elektronisches Echosignal um, das an eine Auswertungseinheit 10 des zu testenden Objekterfassungssystems übertragen wird. Die Auswertungseinheit 10 berechnet anhand der von den Mikrofonen 5 der mehreren Sensoren 1 gelieferten elektronischen Echosignale Positionen von realen oder, beim hier betrachteten Einsatz innerhalb des Simulationssystems, virtuellen Objekten, von denen die von den Mikrofonen 5 aufgefangenen simulierten Ultraschall-Echosignale herzurühren scheinen.
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Der Signalgenerator 7 ist verbunden mit einem Speicherbaustein 11, in dem eine Beschreibung der zu simulierenden Umgebung hinterlegt ist. Typischerweise umfasst eine solche Beschreibung Angaben zur Position eines ein Echo erzeugenden Objekts in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem, eventuell Angaben zur Ausdehnung des Objekts, zu Reflexionskoeffizienten seiner Oberflächen und dergleichen. Während der Signalgenerator 7 nur lesend auf den Speicherbaustein 11 zugreift, ist ein Bewegungssimulator 12 vorgesehen, um schreibend auf die Umgebungsbeschreibung zuzugreifen und sie entsprechend einer simulierten Bewegung des Fahrzeugs zu aktualisieren.
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Im einfachsten Fall spielt der Bewegungssimulator 12 ein festes Programm ab, in dem die Position eines zu simulierenden Objekts in Abhängigkeit von der Zeit fest vorgesehen ist. Der Bewegungssimulator 12 kann aber auch ein Fahrsimulator sein, der Lenk-, Beschleunigungs- und Verzögerungsoperationen eines Fahrers erfasst, um anhand dieser Eingaben den Weg eines simulierten Fahrzeugs in einer virtuellen Umgebung und anhand dieses Weges die Position der Objekte der virtuellen Umgebung relativ zum Fahrzeug in Echtzeit zu berechnen und die Umgebungsbeschreibung in Speicherbaustein 11 entsprechend zu aktualisieren.
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Die Funktion des zu testenden Einparkassistenten kann sich darauf beschränken, anhand der empfangenen Echosignale die Position von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen und den Fahrer zu warnen, wenn eines der Objekte dem Fahrzeug zu nahe kommt.
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Im Rahmen eines vollautomatischen Einparkassistenten ist die Auswertungseinheit 10 im Allgemeinen ausgelegt, nicht nur die Position von Objekten im Fahrzeugkoordinatensystem zu berechnen, sondern anhand der erfassten Positionen von Objekten das Fahrzeug ohne menschliches Zutun zu steuern, um es zum Beispiel in eine Parklücke hinein oder aus dieser heraus zu manövrieren. Selbstverständlich können im Rahmen des erfindungsgemäßen Simulationssystems auch die von einer solchen Auswertungseinheit 10 erzeugten Lenk- Beschleunigungs- und Bremsbefehle genauso wie die eines menschlichen Fahrers in den Bewegungssimulator 12 eingegeben werden.
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2 zeigt schematisch einen Stoßfänger 13 eines Kraftfahrzeugs mit mehreren entlang des Stoßfängers 13 verteilten Ultraschallsensoren 1 und ein ultraschallreflektierendes Objekt 14 in der Umgebung des Fahrzeugs. Ein von einem der Sensoren 1 emittiertes Abtastsignal benötigt eine Laufzeit Δt1 = c s1, um das Objekt 14 zu erreichen, und das vom Objekt 14 zurückgeworfene Echosignal benötigt dieselbe Laufzeit Δt1 erneut, um den emittierenden Sensor 1 zu erreichen, bzw. abweichende Laufzeiten Δt2 = c s2, Δt3 = c s3, Δt4 = c s4, um die übrigen Sensoren 1 zu erreichen. Um das Objekt 14 zu simulieren, gibt der Signalgenerator 7 somit nach Empfang eines Triggersignals von der Quelle 6 elektronische Echosignale mit Zeitverzögerungen 2Δt1, Δt1 + Δt2, Δt1 + Δt3 und Δt1 + Δt4 an die Lautsprecher 8 aus, die jeweils gemeinsam mit einem der Sensoren 1 in einer Testkammer 2 montiert sind.
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Das Triggersignal, das die Auswertungseinheit 10 von der Abtastsignalquelle 6 empfängt, ist in der Ausgestaltung der 1 derselbe digitalisierte Wellenzug, mit dem die Abtastsignalquelle 6 bei Gebrauch des Objekterfassungssystems außerhalb der Testumgebung den Lautsprecher 4 eines der Sensoren 1 beaufschlagen würde. Da in diesem Falle Informationen über Frequenz und Dauer des Abtastsignals im Triggersignal enthalten sind, genügt es, wenn am Signalgenerator 7 eine Impulsantwort hinterlegt ist, die mit dem empfangenen Triggersignal gefaltet, entsprechend der Laufzeit wie oben erläutert verzögert und mit einem Dämpfungsfaktor multipliziert wird, um die an die Lautsprecher 8 ausgegebenen elektronischen simulierten Echosignale zu erzeugen.
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Einer alternativen Ausgestaltung zu Folge markiert das Triggersignal von der Abtastsignalquelle 6 lediglich einen Zeitpunkt, ab dem der Lautsprecher 4 beginnt, das Ultraschall-Abtastsignal zu emittieren (oder beginnen würde, es zu emittieren, wenn er während der Tests im Simulationssystem nicht von der Abtastsignalquelle 6 getrennt wäre). In diesem Fall müssen die (eventuell zeitlich veränderliche) Frequenz und die Dauer des Abtastsignals beim Signalgenerator 7 hinterlegt sein, damit dieser ein realistisches Echosignal erzeugen kann, zum Beispiel unter Rückgriff auf einen digitalisierten Wellenzug, der in einem Speicher des Signalgenerators 7 hinterlegt ist und entsprechend der Signallaufzeit verzögert und mit einem für die Signaldämpfung auf dem Ausbreitungsweg repräsentativen Faktor multipliziert an die Lautsprecher 8 der Testkammern 2 ausgegeben wird. Falls das zu testende Objekterfassungssystem unterschiedliche Typen von Abtastsignalen verwendet, die sich in Dauer, Frequenz, Chirp oder dergleichen unterscheiden, sind zu jedem dieser Typen passende Echosignale am Signalgenerator 7 hinterlegt.
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Da der Sensor 1 in der Testkammer 2 mitsamt dem ihn umgebenden Abschnitt 3 des Stoßfängers 13 montiert ist, können Reflexionen des Echosignals am Stoßfängerabschnitt 3 das elektronische Echosignal beeinflussen, das vom Mikrofon 5 an die Auswertungseinheit 10 übertragen wird. In entsprechender Weise kann eine Verfälschung des Frequenzgangs des Mikrofons 5, die sich aus dessen mechanischer Kopplung an den Stoßfängerabschnitt 3 ergeben kann, das elektronische Echosignal beeinflussen. Alle diese Störeinflüsse treten beim Testen des Objekterfassungsystems in genau derselben Weise auf wie hinterher im praktischen Einsatz, so dass aus den Ergebnissen des Tests im Simulationssystem mit hoher Sicherheit auf die Praxistauglichkeit des Objekterfassungsystems geschlossen werden kann, ohne dass die Störeinflüsse dafür quantitativ untersucht und bei der Erzeugung des simulierten Echosignals mit berücksichtigt werden müssten. Es kann daher mit hoher Sicherheit davon ausgegangen werden, dass das Objekterfassungssystem, wenn es in der Simulation mit dem System der 1 befriedigende Ergebnisse geliefert hat, diese auch im Feldeinsatz bringen wird.
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Während das System der 1 zwar einen Einfluss des Stoßfängerabschnitts 3 auf die Erfassung des Echosignals durch das Mikrofon 5 implizit berücksichtigt, ist dies für die Erzeugung des Ultraschall-Abtastsignals durch den Lautsprecher 4 nicht der Fall. Ein Einfluss des Stoßfängerabschnitts 3 auf den Frequenzgang des Lautsprechers 4 kann allenfalls dann berücksichtigt werden, wenn er quantitativ gemessen und in den oben erwähnten Dämpfungsfaktor einbezogen worden ist. Diese Notwendigkeit entfällt bei der Ausgestaltung der 3. Die Testkammern 2 sind hier die gleichen wie im Falle der 1, und auch die Stoßfängerabschnitte 3 mit den Radarsensoren 1 sind darin in identischer Weise montiert. Abweichend von der Darstellung der 1 sind hier jedoch die Lautsprecher 4 der Radarsensoren 1 mit der Quelle 6 verbunden, um deren Triggersignal zu empfangen und daraufhin dass Ultraschall-Abtastsignal in die Testkammer 2 zu emittieren.
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Die Testkammern 2 sind jeweils zusätzlich mit einem Mikrofon 15 zum Auffangen des Ultraschall-Abtastsignals ausgestattet. Die Mikrofone 15 können jeweils unmittelbar vor den Sensoren 1 montiert sein, so dass die Laufzeit des Ultraschall-Abtastsignals zu den Mikrofonen 15 im Vergleich zur Erfassungsreichweite der Sensoren 1 klein ist. Das von einem der Mikrofone 15 gelieferte elektronische Ausgabesignal wird im Signalgenerator 7 in derselben Weise verarbeitet wie das Triggersignal gemäß der oben mit Bezug auf 1 beschriebenen ersten Ausgestaltung, indem es mit einer am Signalgenerator 7 hinterlegten Impulsantwort gefaltet wird und das Ergebnis an den Lautsprecher 8 jeder Testkammer 2 mit einer für die betreffende Testkammer 2 spezifischen Verzögerung und multipliziert mit einem für die Testkammer 2 spezifischen Dämpfungsfaktor ausgegeben wird.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ultraschallsensor
- 2
- Testkammer
- 3
- Stoßfängerabschnitt
- 4
- Lautsprecher
- 5
- Mikrofon
- 6
- Abtastsignalquelle
- 7
- Signalgenerator
- 8
- Lautsprecher
- 9
- Dämpfungsschicht
- 10
- Auswertungseinheit
- 11
- Speicherbaustein
- 12
- Bewegungssimulator
- 13
- Stoßfänger
- 14
- Objekt
- 15
- Mikrofon
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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