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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Antenne eines Fahrzeugs relativ zu einem Referenzpunkt des Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug zur Ausführung eines solchen Verfahrens.
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Der Einsatz von Satellitennavigationssystemen (GNSS = Global Navigation Satellite System) zur Positionsbestimmung von Fahrzeugen ist Stand der Technik. Für zukünftig einzuführende Fahrzeug-zu-X-Anwendungen ist es erforderlich, eine Positionsbestimmung nicht nur derart durchzuführen, dass eine Straße, auf welcher sich das Fahrzeug befindet, bekannt ist, sondern es ist typischerweise auch die Kenntnis einer jeweiligen Fahrspur erforderlich. Dies stellt höhere Anforderungen an die Genauigkeit als bei bisherigen Navigationsaufgaben.
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Um die Genauigkeit zu erhöhen, ist es typischerweise erforderlich, auch die genaue Position einer Satellitennavigationssignale empfangenden Antenne im Fahrzeug mit in Berechnungen einzubeziehen. Es muss also genau bekannt sein, wo sich die entsprechende Antenne relativ zu einem Referenzpunkt des Fahrzeugs befindet. Dementsprechend kann ein Hebelarm der Antenne als Vektor zu dem Referenzpunkt definiert werden.
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Unterschiedliche Fahrzeuge können dabei unterschiedliche Positionen der Antenne bzw. unterschiedliche Hebelarme aufweisen. Dies kann auch lediglich unterschiedliche Karosserievarianten einer identischen Baureihe betreffen, wobei beispielsweise die jeweilige Position der Antenne bei den Ausführungen Limousine, Kombi, SUV oder Cabrio unterschiedlich sein kann. Auch können von einem Fahrzeug eine Langversion und eine Kurzversion existieren. Weitere Einflussfaktoren können beispielsweise adaptive Federungen oder Reifengrößen sein.
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Dies erzeugt einen erhöhten Aufwand für die Fahrzeugapplikation zur Lokalisierung sowie einen erhöhten Aufwand für das Handling von verschiedenen Software- bzw. Parametervarianten.
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Es ist diesbezüglich bekannt, dass jede Variante, also insbesondere jede unterschiedliche Antennenposition, auch bei gleichen oder ähnlichen Baureihen einzeln appliziert wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, hierzu eine Alternative bereitzustellen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 15 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Antenne eines Fahrzeugs relativ zu einem Referenzpunkt des Fahrzeugs. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- – Empfangen von Satellitennavigationssignalen mittels der Antenne,
- – Berechnen zumindest eines satellitenbasierten Werts eines Fahrzustands durch Datenfusion unter Verwendung eines die Position anzeigenden Positionsparameters,
- – Ermitteln eines weiteren Werts des Fahrzustands mittels eines Sensors,
- – Durchführen eines Vergleichs zwischen dem satellitenbasierten Wert und dem weiteren Wert, und
- – Verändern des Positionsparameters basierend auf dem Vergleich.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, auf ein festes Einprogrammieren einer Position der Antenne relativ zum Referenzpunkt des Fahrzeugs zu verzichten und vielmehr die Antennenposition erst während des Betriebs des Fahrzeugs erlernen zu lassen. Dies basiert auf der Erkenntnis der Erfinder, dass die Position der Antenne im Fahrzeug bzw. ein zugehöriger Vektor mit ausreichender Relevanz in entsprechende Berechnungen zur Positionsbestimmung eingeht, dass etwaige Abweichungen zu anderweitig ermittelten Daten erkannt und die Position der Antenne im Fahrzeug entsprechend korrigiert werden kann.
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Es sei verstanden, dass es hier nicht primär um die Bestimmung der Antennenposition in einem weltweiten Koordinatensystem wie beispielsweise WGS84 geht, sondern vielmehr um die Bestimmung der Position der Antenne im bzw. am Fahrzeug. Dies kann insbesondere auf den bereits erwähnten Referenzpunkt des Fahrzeugs, beispielsweise die Mitte der Hinterachse, bezogen sein. Dementsprechend ist auch der die Position anzeigende Positionsparameter auf einen solchen Referenzpunkt des Fahrzeugs bezogen.
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Der Positionsparameter kann insbesondere ein Vektor sein. Er kann beispielsweise von dem Referenzpunkt zu der momentan angenommenen Position der Antenne weisen.
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Der Fahrzustand kann aus folgender Gruppe ausgewählt sein:
- – Geschwindigkeit,
- – Längsbeschleunigung,
- – Querbeschleunigung,
- – Fahrzeugposition,
- – Drehrate.
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Derartige Werte bzw. Fahrzustände haben sich für die Praxis als vorteilhaft erwiesen. Auch andere Fahrzustände können jedoch grundsätzlich verwendet werden. Auch kann eine beliebige Kombination verwendet werden. Alle solche Kombinationen sind Bestandteil der Offenbarung dieser Anmeldung.
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Der Sensor ist vorzugsweise aus folgender Gruppe ausgewählt:
- – Raddrehzahlsensor,
- – Inertialsensor,
- – Lenkwinkelsensor,
- – Kamera,
- – Radar.
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Derartige Sensoren haben sich für die Praxis als vorteilhaft erwiesen. Es sei jedoch verstanden, dass auch andere Sensoren, eine Mehrzahl der jeweiligen Sensoren und beliebige Kombinationen davon verwendet werden können.
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Der Sensor arbeitet insbesondere unabhängig von Satellitennavigation. Damit können entsprechende Einflüsse einer eventuell noch nur ungenau bekannten Position der Antenne vermieden werden.
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Die Datenfusion erfolgt gemäß einer Weiterbildung auch unter Verwendung eines oder mehrerer der folgende Parameter:
- – Geschwindigkeit,
- – Lenkwinkel,
- – Sensorfehler.
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Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung derartiger Parameter die Genauigkeit und die Geschwindigkeit bei der Durchführung des Verfahrens erhöhen kann.
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Das Verfahren wird bevorzugt wiederholt zur iterativen Optimierung des Positionsparameters ausgeführt. Es kann beispielsweise so lange ausgeführt werden, bis eine gewünschte Genauigkeit bzw. Sicherheit erreicht ist. Typischerweise wird mit jeder Iteration die Genauigkeit erhöht und der Positionsparameter gibt sukzessive zutreffender die tatsächliche Position der Antenne an.
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Ein Fortschreiten der Optimierung kann insbesondere mittels einer Anzahl von Kovarianzen überwacht werden.
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Änderungen des Positionsparameters je Iteration im Laufe der iterativen Optimierung werden bevorzugt sukzessive reduziert. Dadurch kann sich der Positionsparameter immer exakter der tatsächlichen Position annähern.
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Die Datenfusion kann insbesondere mittels eines Kalman-Filters erfolgen. Dies hat sich für die Praxis bewährt.
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Bei der Datenfusion kann bevorzugt eine Transformation durchgeführt werden, insbesondere eine Umrechnung einer Fahrzeuggeschwindigkeit von der Position der Antenne auf einen Referenzpunkt, eine Umrechnung einer Beschleunigung von einer Position eines Inertialsensors auf einen Referenzpunkt oder eine Umrechnung einer Fahrzeugposition. Derartige Transformationen beinhalten typischerweise die Position der Antenne im Fahrzeug als Parameter und können deshalb besonders vorteilhaft dazu verwendet werden, diesen Parameter zu optimieren.
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Der Positionsparameter und/oder andere Parameter können während der Durchführung des Verfahrens auf Plausibilität überwacht werden. Insbesondere kann dabei auf Einhaltung einer unteren Grenze und/oder einer oberen Grenze überwacht werden. Dadurch kann verhindert werden, dass durch eine eventuelle Fehlfunktion der Positionsparameter Werte annimmt, welche er gar nicht annehmen kann, beispielsweise derart, dass die Antenne außerhalb der realen Dimensionen des Fahrzeugs liegen würde.
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Für den Positionsparameter wird gemäß einer bevorzugten Ausführung eine Anzahl von möglichen Endwerten vordefiniert und durch das Verfahren wird einer dieser Endwerte ermittelt. Dabei kann beispielsweise vorgegeben werden, dass sich bei einer bestimmten Fahrzeugbaureihe, welche in unterschiedlichen Varianten angeboten wird, die Antenne nur an unterschiedlichen diskreten Orten befinden kann. Bei Ausführungen des Verfahrens ist es dann dabei typischerweise noch nicht bekannt, welche Variante der Fahrzeugbaureihe tatsächlich vorliegt, jedoch ist die Anzahl der Varianten deutlich eingeschränkt, was die Findung eines Endwerts erleichtert.
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Die Antenne kann insbesondere eine Satellitennavigationsantenne sein. Dies schließt nicht aus, dass diese auch andere Aufgaben wie beispielsweise eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation oder das Herstellen einer mobilen Internetverbindung übernimmt. Auch kann sie beispielsweise zum Telefonieren oder zum Empfang von Radiosignalen ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug mit einer Antenne, einem Sensor und einem elektronischen Steuerungsmodul, wobei das elektronische Steuerungsmodul dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, auf welchem Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei jeweils auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Allgemein kann davon gesprochen werden, dass in einem Lokalisierungs-Algorithmus (Data Fusion) Parameter von Hebelarmen automatisch angelernt werden. Es gibt eine generische Algorithmusversion, in welcher die Hebelarme eine gewisse Zeit angelernt werden und dann unter Umständen im Steuergerät gespeichert werden. Während der Lernphase ist dabei typischerweise die Positionsgenauigkeit reduziert.
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Die Parameter können mit einem generischen Satz an Parametern initialisiert werden. Nach dem Anlernen der Parameter wird der Rechenaufwand des Lokalisierungs-Algorithmus wieder reduziert.
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Beispielhaft werden nachfolgend mögliche Implementierungen angegeben:
- – In einem Kalman-Filter wird zur Schätzung der Position (so wie beispielsweise Geschwindigkeit, Winkel, Sensorfehler, ...) der Zustandsvektor erweitert um die Parameter der Hebelarme.
- – Anhand der zugehörigen Kovarianzen des Kalman-Filters schließt man auf den Lernfortschritt der Parameter.
- – Im Messmodell des Filters sind die Hebelarme in den Transformationsgleichungen enthalten und haben einen großen Einfluss auf den Ausgang des Messmodells, beispielsweise bei der Umrechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit von der Antennenposition auf den Referenzpunkt, Umrechnung der Beschleunigung von der mittels Inertialsensoren ermittelten Position auf den Referenzpunkt oder Umrechnung der Position. Daher ist die Beobachtbarkeit der Parameter der Hebelarme gegeben.
- – Nach dem Anlernen kann der Zustandsvektor wieder reduziert werden.
- – Ein Beispiel für ein Messmodell ist der Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs im Referenzpunkt.
- – Der Lernfortschritt kann von den Fahrsituationen und den GNSS-Bedingungen abhängen und wird insbesondere vorteilhaft überwacht.
- – Die Parameter können während des Anlernens auf Plausibilität überwacht werden (min/max).
- – Vorteilhaft ist es, wenn die Menge aller realisierten Hebelarme (Varianten) im Algorithmus bekannt ist (vorgespeichert) und „nur” auf die richtige Variante zu erkennen ist.
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Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der Aufwand für die Fahrzeugapplikation der Lokalisierungsfunktion deutlich reduziert werden. Unterschiedliche Varianten einer Software werden vermieden.
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In allgemeinster Form betrifft die Erfindung das Bestimmen einer Position einer Antenne eines Fahrzeugs relativ zu einem Referenzpunkt des Fahrzeugs durch das Fahrzeug selbst. Dabei kann es sich insbesondere um eine Satellitennavigationsantenne handeln.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:
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1: ein Fahrzeug zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10, welches zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist.
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Es sei verstanden, dass das Fahrzeug 10 hier lediglich schematisch dargestellt ist.
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Das Fahrzeug 10 weist vier Räder 20, 22, 24, 26 auf, mit welchen es sich über einen Untergrund bewegen kann.
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Das Fahrzeug 10 weist ferner eine Antenne 30 auf, welche als Satellitennavigationsantenne ausgebildet ist.
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Wie in 1 zu sehen ist, kann die Antenne 30 an drei unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug 10 vorgesehen sein. Dies entspricht unterschiedlichen Varianten des Fahrzeugs 10. Beispielsweise kann die Position davon abhängen, ob es sich bei dem Fahrzeug 10 um ein Limousine, einen Kombi oder ein Cabrio handelt.
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Das Fahrzeug 10 weist des Weiteren ein Steuerungsmodul 40 sowie eine Inertialsensoreinheit 50 auf.
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Das Steuerungsmodul 40 ist dazu konfiguriert, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Dabei ist dem Steuerungsmodul 40 zunächst nicht bekannt, um welchen Typ von Fahrzeug und um welche zugehörige Antennenposition es sich handelt. Das Steuerungsmodul 40 wird die Antennenposition 30 jedoch herausfinden. Hierzu sind die drei möglichen Positionen der Antenne 30 in dem Steuerungsmodul 40 eingespeichert.
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Das Steuerungsmodul 40 berechnet eine Fahrzeugbeschleunigung sowohl basierend auf mittels der Antenne 30 empfangenen Satellitennavigationssignalen wie auch basierend auf Daten der Inertialsensoreinheit 50. Zum Durchführen der Satellitennavigation sind hier schematisch vier Satelliten 31, 32, 33, 34 gezeigt, welche Satellitennavigationssignale aussenden.
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Die Position der Antenne 30 im Fahrzeug 10 geht in diese Berechnung als Parameter ein. Je nachdem, welche Position angenommen wird, kann eine Abweichung zwischen der mittels Satellitennavigation bestimmten Beschleunigung und der mittels Inertialsensoren 50 bestimmten Beschleunigung unterschiedlich groß sein. Durch eine iterative Vorgehensweise kann auf diese Weise die Position der Antenne 30 im Fahrzeug 10 sukzessive optimiert werden. Dabei ist von Vorteil, dass die drei möglichen Positionen bekannt sind, so dass bei einer Konvergenz gegen eine dieser drei Positionen davon ausgegangen werden kann, dass es sich um den entsprechenden Fahrzeugtyp mit entsprechender Antennenposition handelt.
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Auf das feste Einprogrammieren der Position der Antenne 30 im Fahrzeug 10, welches im Stand der Technik erforderlich war und einen hohen Aufwand mit sich brachte, kann vorteilhaft verzichtet werden.
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Die Vorgehensweise kann beispielhaft wie nachfolgend beschrieben realisiert werden.
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Dabei wird ein System relevanter Differenzialgleichungen zusammengestellt.
- V1:
- Vektor der Geschwindigkeiten an der Position 1 (beispielerweise IMU und Odometrie), hier kann vereinfachend angenommen werden, dass IMU und Odometrie an der gleichen Position sind.
- V2:
- Vektor der Geschwindigkeiten an der Position 2 (beispielerweise GNSS Antenne)
- L:
- Vektor der der Hebelarme von der Position 1 zu Position 2
- U:
- Vektor der Systemeingänge, beinhaltet weitere Messgrößen (Beschleunigungen, Drehraten, Neigungswinkel) Weiterhin wird bevorzugt eine Filterung mittels Kalmanfilter angewandt, mit folgenden Schritten (in vereinfachter Form dargestellt)
- z:
- Messungen der Geschwindigkeiten an den Positionen 1 und 2 Durch iterative Ausführung des Kalman Algorithmus wird der Hebelarm L seinem tatsächlichen Wert angenähert.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
