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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors für ein Fahrzeug, bei welchem der Ultraschallsensor während einer Sendephase zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit einem Anregungssignal angeregt wird, wobei das Anregungssignal eine Frequenzänderung mit einer vorbestimmten Steigung in Abhängigkeit von der Zeit aufweist. Während einer Empfangsphase wird ein Rohsignal bestimmt, welches das in einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, wobei ein Vorhandensein von einem Objekt in dem Umgebungsbereich anhand von dem Rohsignal und von zumindest einem Referenzsignal überprüft wird. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinrichtung sowie eine Ultraschallsensorvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für Fahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen können beispielsweise dazu verwendet werden, ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs zu erfassen. Eine solche Ultraschallsensorvorrichtung umfasst üblicherweise mehrere Ultraschallsensoren, mit denen jeweils ein Abstand zu dem Objekt bestimmt werden kann. Hierzu wird mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann dann unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals beziehungsweise der Luftschallgeschwindigkeit der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden.
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Um die Laufzeit zu bestimmen, kann mit dem Ultraschallsensor ein Rohsignal bereitgestellt werden, welches das an einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Dieses Rohsignal kann mit zumindest einem Referenzsignal multipliziert beziehungsweise gemischt werden. Im Anschluss daran kann das Echosignal entsprechend gefiltert werden, zudem kann eine Korrelation mit einem erwarteten Signal beziehungsweise Muster durchgeführt werden, um das Vorhandensein von Objekten in dem Umgebungsbereich überprüfen zu können. Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, dass das gesamte Echo- beziehungsweise Rohsignal verwendet wird, um am Ausgang des Korrelators ein verwendbares Signal zu erhalten. Während der Sendephase, in der mit dem Ultraschallsensor das Ultraschallsignal ausgesendet wird, befindet sich das Rohsignal in einer Sättigung. Während dieser Sendephase können somit keine Echos des ausgesendeten Ultraschallsignals empfangen werden. Mit anderen Worten ist der Ultraschallsensor beziehungsweise die Ultraschallsensorvorrichtung während der Sendephase blind. Üblicherweise ergeben sich sogenannte Blindbereiche für einen Abstand von 45 cm zu dem Fahrzeug.
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Um den Blindbereich zu reduzieren, sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen die Korrelation nicht mit dem kompletten erwarteten Signal durchgeführt wird, sondern nur mit einem Teil des Signals, beispielsweise der letzten 20 % des Signals. Auf diese Weise kann der Detektionsbereich in einem Nahbereich verbessert werden. Ein Nachteil eines derartigen Verfahrens ist darin zu sehen, dass dieses weniger robust gegen äußere Störungen ist als bei der Korrelation mit dem kompletten Signal. Dieser Nachteil ergibt sich insbesondere dann, wenn mehrere Ultraschallsensoren zur gleichen Zeit aussenden. In diesem Fall kann ein Übersprechen zwischen benachbarten Ultraschallsensoren stattfinden.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 102 25 614 A1 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines als Abstandssensor dienenden Ultraschallwandlers. Die Schaltungsanordnung veranlasst den Ultraschallwandler zum aufeinanderfolgenden Aussenden von Ultraschallimpulsen unterschiedlicher Frequenzen. Das Aussenden dieser Impulse mit unterschiedlichen Frequenzen ermöglicht eine eindeutige Zuordnung der Echos zu ihren Sendeimpulsen. So können zum Empfang der Echos Bandpass-Filter genutzt werden, die auf die jeweilige Frequenz abgestimmt sind und somit nur Echos dieser Frequenz herausfiltern. Die Vermeidung „blinder Zonen“ wird dadurch gelöst, dass die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Sendeimpulsen geeignet gewählt werden.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2013 211 846 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines Umfelderfassungssystems eines Fahrzeugs mit zumindest einer Sende-/Empfangseinheit. Hierbei werden anstelle von Sendesignalen mit fester Frequenz Sendesignale mit sich verändernder Frequenz gewählt, beispielsweise frequenzmodulierte Signale mit linearer, logarithmischer oder quadratischer Modulierung. Dabei weist das ausgesendete frequenzmodulierte Signal zumindest einen ersten Abschnitt mit ansteigenden Frequenzen und einen zweiten Abschnitt mit abfallenden Frequenzen auf. Die empfangenen Echosignale werden Reflexionsquellen zugeordnet, und anhand der empfangenen Echosignale wird eine Information über die Geschwindigkeit der Reflexionsquellen relativ zur Sende-/Empfangseinheit ermittelt.
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Ferner beschreibt die
DE 10 2011 075 484 A1 ein Ultraschall-Messsystem zum Detektieren eines Hindernisses mit einem Ultraschallsensor, welcher ein Wandlerelement zum Aussenden eines Ultraschallpulses und zum Erzeugen eines Empfangssignals aufweist. Ferner weist das Ultraschall-Messsystem eine Auswerteeinheit mit einer Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, ein Wandlerelement des Ultraschallsensors zum Aussenden des Ultraschallpulses anzuregen. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ein frequenzmoduliertes Sendesignal mittels eines Modulationssignals so erzeugen, dass sich die Signatur des Ultraschallpulses von der eines Ausschwingsignals unterscheidet. Ferner umfasst die Auswerteeinheit mindestens einen Korrelationsfilter, wobei der mindestens eine Korrelationsfilter dazu ausgebildet ist, das von dem Wandlerelement erzeugte Signal mit dem Sendesignal zu korrelieren.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Erkennung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Fahrzeugs mit Hilfe eines Ultraschallsensors robuster durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verfahren, durch eine Rechenvorrichtung, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Computerprogrammprodukt sowie durch ein computerlesbares Medium mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Ultraschallsensors für ein Fahrzeug. Hierbei wird der Ultraschallsensor während einer Sendephase zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit einem Anregungssignal angeregt, wobei das Anregungssignal eine Frequenzänderung mit einer vorbestimmten Steigung in Abhängigkeit von der Zeit aufweist. Während der Empfangsphase wird ein Rohsignal bestimmt, welches das in dem Umgebungsbereich des Fahrzeugs reflektierte Ultraschallsensor beschreibt. Ferner wird ein Vorhandensein von einem Objekt in dem Umgebungsbereich anhand von dem Rohsignal und von zumindest einem Referenzsignal überprüft. Hierbei ist vorgesehen, dass das zumindest eine Referenzsignal eine Frequenzänderung mit der vorbestimmten Steigung in Abhängigkeit von der Zeit aufweist. Darüber hinaus wird ein Frequenzunterschied zwischen dem Rohsignal und dem zumindest einen Referenzsignal bestimmt. Außerdem wird ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt anhand des Frequenzunterschieds bestimmt.
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Mit Hilfe des Verfahrens kann der Ultraschallsensor betrieben werden. Der Ultraschallsensor ist insbesondere Teil einer Ultraschallsensorvorrichtung, die in dem Fahrzeug eingesetzt wird. Das Verfahren kann beispielsweise mit einer elektronischen Recheneinrichtung oder einem elektronischen Steuergerät durchgeführt werden. Mit dem Ultraschallsensor können Objekte beziehungsweise Hindernisse in dem Umgebungsbereich des Fahrzeugs erfasst werden. Hierzu wird mit dem Ultraschallsensor das Ultraschallsignal ausgesendet. Zu diesem Zweck wird eine Membran des Ultraschallsensors mit einem entsprechenden Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zu mechanischen Schwingungen angeregt. Hierzu kann das Wandlerelement mit dem Anregungssignal in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Dieses Anregungssignal weist eine zeitabhängige Frequenzänderung in einer vorbestimmten Steigung auf. Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich die Frequenz des Anregungssignals in Abhängigkeit von der Zeit linear verändert. Dies bedeutet, dass die Steigung der Frequenzänderung in Abhängigkeit von der Zeit bevorzugt linear ist.
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Das in dem Umgebungsbereich beziehungsweise von einem Objekt in dem Umgebungsbereich reflektierte Ultraschallsignal kann während der Empfangsphase des Ultraschallsensors wieder empfangen werden. Dabei trifft das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal auf die Membran des Ultraschallsensors, wodurch diese und das Wandlerelement zu mechanischen Schwingungen angeregt werden. Mit Hilfe des Wandlerelements kann in Abhängigkeit von dieser mechanischen Schwingung dann eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung ausgegeben werden. Diese zeitlich veränderliche elektrische Spannung kann dann als das Rohsignal verwendet werden. Insbesondere ist es aber vorgesehen, dass die zeitlich veränderliche elektrische Spannung, die von dem Wandlerelement ausgegeben wird, entsprechend verstärkt und abgetastet wird. Somit beschreibt das Rohsignal insbesondere die verstärkte und abgetastete elektrische Spannung, die von dem Wandlerelement ausgegeben wird. Dieses Rohsignal kann zumindest mit einem Referenzsignal gemischt beziehungsweise multipliziert werden.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass dieses Referenzsignal eine Frequenzänderung mit der vorbestimmten Steigung in Abhängigkeit von der Zeit aufweist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem zumindest einen Referenzsignal ebenfalls um ein Signal, dessen Frequenz sich in Abhängigkeit von der Zeit ändert und zwar mit der gleichen Steigung, mit der sich auch die Frequenz des Anregungssignals in Abhängigkeit von der Zeit ändert. Auch bei dem zumindest einen Referenzsignal kann sich die Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit insbesondere linear verändern. Die Frequenzänderung in Abhängigkeit von der Zeit, des Anregungssignals und des zumindest einen Referenzsignals können gleich sein oder sich unterscheiden. Entscheidend ist, dass die Steigung der Frequenzänderung in Abhängigkeit von der Zeit bei dem Anregungssignal und dem zumindest einen Referenzsignal gleich sind. Das ausgesendete und von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal weist ebenfalls die Frequenzänderung in Abhängigkeit von der Zeit des Anregungssignals auf. Somit kann ein Frequenzunterschied zwischen dem Rohsignal und dem zumindest einen Referenzsignal bestimmt werden. Anhand des Frequenzunterschieds kann dann ein zeitlicher Versatz zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals bestimmt werden. Anhand dieses zeitlichen Versatzes beziehungsweise der Laufzeit kann dann der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt werden. Hierzu kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals in der Luft beziehungsweise die Luftschallgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Somit kann insgesamt ein zuverlässiges und robustes Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors beziehungsweise zum Erfassen von Objekten in dem Umgebungsbereich des Fahrzeugs mit Hilfe eines Ultraschallsensors bereitgestellt werden.
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Bevorzugt wird zum Bestimmen des Frequenzunterschieds zumindest ein Mischsignal bestimmt, welches eine Multiplikation des Rohsignals mit dem zumindest einen Referenzsignal beschreibt. Des Weiteren ist es bevorzugt vorgesehen, dass das zumindest eine Mischsignal zum Bestimmen des Frequenzunterschieds gefiltert wird. Das zumindest eine Referenzsignal kann mit dem Rohsignal gemischt werden. Hierbei wird insbesondere eine multiplikative Mischung durchgeführt. Das Ergebnis dieser multiplikativen Mischung ist eine Summe und eine Differenz der Frequenz des Rohsignals und der Frequenz des zumindest einen Referenzsignals. Durch eine entsprechende Filterung, beispielsweise eine Tiefpassfilterung, kann die Differenz der beiden Frequenzen ermittelt werden. Insbesondere wird die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters so bestimmt, dass das gefilterte Mischsignal den Frequenzunterschied zwischen dem zumindest einen Referenzsignal und dem Rohsignal beschreibt. Es kann also der Anteil des Mischsignals bestimmt werden, welcher die Differenz der Frequenz des Rohsignals und der Frequenz des zumindest einen Referenzsignals beschreibt. Somit kann der Frequenzunterschied auf einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der Frequenzunterschied anhand einer zeitlichen Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Nullstellen des zumindest einen gefilterten Mischsignals bestimmt. Wie bereits erläutert, beschreibt das gefilterte Mischsignal bevorzugt die Differenz zwischen der Frequenz des zumindest einen Referenzsignals und der Frequenz des Rohsignals. Das gefilterte Mischsignal kann eine zeitlich abhängige Schwingung, beispielsweise eine sinusförmige Schwingung, beschreiben. Anhand der zeitlichen Dauer zwischen aufeinanderfolgenden beziehungsweise benachbarten Nullstellen kann dann die Frequenz des gefilterten Mischsignals bestimmt werden, welche dem Frequenzunterschied entspricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Frequenzunterschied anhand einer zeitlichen Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Maxima und/oder Minima des zumindest einen gefilterten Mischsignals bestimmt werden. Es kann auch die zeitliche Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Maxima, zeitliche Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Minima oder sowohl die zeitliche Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Maxima und Minima in dem gefilterten Mischsignal ermittelt werden, um den Frequenzunterschied zwischen dem zumindest einen Referenzsignal und dem Rohsignal zu bestimmen. Die Bestimmung des Frequenzunterschieds anhand der zeitlichen Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Maxima und/oder Minima zeichnet sich dadurch aus, dass diese robuster gegen äußere Störungen, beispielsweise Signale von benachbarten Ultraschallsensoren oder Signale in dem Umgebungsbereich, ist.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Rohsignal mit einem ersten Referenzsignal und mit einem zweiten Referenzsignal multipliziert, wobei das erste Referenzsignal und das zweite Referenzsignal zueinander einen Phasenunterschied von 90° aufweisen. Mit anderen Worten kann eine sogenannte IQ-Mischung durchgeführt werden. In einem IQ-Mischer kann das Rohsignal mit dem ersten Referenzsignal und mit dem zweiten Referenzsignal, das zu dem ersten Referenzsignal einen Phasenunterschied von 90° aufweist, gemischt beziehungsweise multipliziert werden. In diesem Fall ist es bevorzugt vorgesehen, dass ein erstes Mischsignal, welche die Multiplikation des Rohsignals mit dem ersten Referenzsignal beschreibt, und ein zweites Mischsignal, welches die Multiplikation des Rohsignals mit dem zweiten Referenzsignal beschreibt, bestimmt werden. Zudem kann der Frequenzunterschied in Abhängigkeit von dem ersten Mischsignal und dem zweiten Mischsignal bestimmt werden. Das erste Mischsignal und das zweite Mischsignal können - wie zuvor beschrieben - mit einem Tiefpassfilter gefiltert werden. Ferner kann dann anhand des ersten Mischsignals ein erster Frequenzunterschied bestimmt werden, und anhand des zweiten Mischsignals kann ein zweiter Frequenzunterschied bestimmt werden. Zudem kann aus dem ersten Frequenzunterschied und dem zweiten Frequenzunterschied ein Mittelwert gebildet werden. Hieraus kann dann der Frequenzunterschied zwischen dem Rohsignal und dem zumindest einen Referenzsignal abgeleitet werden. Somit kann das Rohsignal in zwei separaten Kanälen beziehungsweise Pfaden der Signalverarbeitung verarbeitet werden und somit die Bestimmung des Frequenzunterschieds robuster gegenüber Störungen durchgeführt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Frequenzunterschied bestimmt, falls eine Amplitude des zumindest einen Signals einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Bevorzugt wird der Frequenzunterschied nur dann bestimmt, falls die Amplitude des zumindest einen Mischsignals den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Frequenzunterschied nur dann bestimmt wird, falls eine Amplitude des zumindest einen gefilterten Mischsignals den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Somit kann erreicht werden, dass das Verfahren robuster gegenüber Rauschen oder Störungen wird. Falls die Amplitude des gefilterten Mischsignals unterhalb des Schwellwerts ist, ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass das Rohsignal ein Echo des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Frequenzunterschied zu bestimmen. Somit kann das Verfahren effizient durchgeführt werden.
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In weiterer Ausführungsform wird ein Frequenzunterschiedssignal bestimmt, welches den Frequenzunterschied zwischen dem Rohsignal und dem zumindest einen Referenzsignal beschreibt, und anhand des Frequenzunterschiedssignals Echos des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals erkannt werden. Das Frequenzunterschiedssignal kann den zeitlichen Verlauf des Frequenzunterschieds beschreiben, der anhand des zumindest einen gefilterten Mischsignals bestimmt wurde. Wenn ein erstes Mischsignal anhand des ersten Referenzsignals bestimmt wird und ein zweites Mischsignal anhand des zweiten Referenzsignals bestimmt wird, kann das Frequenzunterschiedssignal den Mittelwert jeweils bestimmter Frequenzunterschiede in Abhängigkeit von der Zeit beschreiben. Dieses Frequenzunterschiedssignal kann nun dazu genutzt werden, Echos des Ultraschallsignals beziehungsweise Reflektionen des Ultraschallsignals an Objekten in dem Umgebungsbereich zu erkennen.
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Bevorzugt werden zum Erkennen der Echos Bereiche des Frequenzunterschiedssignals bestimmt, an welchen eine Amplitude des Frequenzunterschiedssignals konstant ist. Falls das Rohsignal Echos beschreibt, ist das Frequenzunterschiedssignal für eine bestimmte Zeitdauer beziehungsweise in einem bestimmten Bereich im Wesentlichen konstant beziehungsweise stabil. Beispielsweise kann das Frequenzunterschiedssignal in diesen Bereichen einen im Wesentlichen konstanten Wert aufweisen. Diese Bereiche beziehungsweise Zeitabschnitte können dann Signalabschnitten in dem Rohsignal zugeordnet werden, die von einem Echo stammen. Dabei ist die Laufzeit proportional zur Frequenz. Alternativ oder zusätzlich kann eine Anzahl von jeweiligen Frequenzanteilen des Frequenzunterschiedssignals bestimmt werden. Wenn eine oder mehrere Frequenzen in dem Frequenzunterschiedssignal öfter auftauchen, bedeutet dies insbesondere, dass ein oder mehrere Echos in einem Abstand vorhanden sind, welcher zu diesen Frequenzen korrespondiert. Dies ermöglicht eine Erkennung von Echos insbesondere in einem Nahbereich.
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Bevorzugt ist das Anregungssignal und das zumindest eine Referenzsignal ein Chirp. Beispielsweise können das Anregungssignal und das Referenzsignal Chirp-up-Signale sein. Dies bedeutet, dass die Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit linear zunimmt. Das Anregungssignal und das zumindest eine Referenzsignal können auch ein Chirp-down-Signal sein. In diesem Fall nimmt die Frequenz des Signals in Abhängigkeit von der Zeit linear ab. Mit derartigen Chirp-Signalen kann der Frequenzunterschied auf einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das Verfahren in einem Nahbereichsmodus zum Erfassen von Objekten in einem vorbestimmten Nahbereich des Umgebungsbereichs eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere dazu, Objekte in dem vorbestimmten Nahbereich zu erkennen. Dieser Nahbereich kann einen Abstand zu dem Fahrzeug beziehungsweise dem Ultraschallsensor aufweisen, der geringer als 45 cm ist. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann zu vorbestimmten Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem erkannten Objekt in dem Nahbereichsmodus betrieben werden. Ansonsten kann der Ultraschallsensor in einem normalen Modus betrieben werden. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass das empfangene Rohsignal mit einem Referenzsignal multipliziert beziehungsweise gemischt wird, welches eine konstante Frequenz aufweist. Somit kann der Ultraschallsensor bedarfsgerecht betrieben werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Nahbereichsmodus und der normale Modus parallel verwendet werden. Wenn ein Abstand geringer als ein Abstandsgrenzwert erkannt wird, kann das Rohsignal gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewertet werden. Falls ein Abstand größer oder gleich als der Abstandsgrenzwert erkannt wird, kann das Rohsignal gemäß einem bekannten Verfahren ausgewertet werden. Der Abstandsgrenzwert kann 45 cm betragen.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung für eine Ultraschallsensorvorrichtung eines Fahrzeugs ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgebildet. Die Recheneinrichtung kann durch einen entsprechenden Prozessor, einen digitalen Signalprozessor oder dergleichen gebildet sein. Beispielsweise kann die Recheneinrichtung Teil eines elektronischen Steuergeräts des Fahrzeugs sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Recheneinrichtung Teil des Ultraschallsensors ist. In diesem Fall ist die Recheneinrichtung bevorzugt als anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet. Hierbei kann die Recheneinrichtung in einem Gehäuse des Ultraschallsensors angeordnet sein.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung. Zudem umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung zumindest einen Ultraschallsensor. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist, die dann verteilt in dem Fahrzeug angeordnet werden kann. Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Mit Hilfe des Fahrerassistenzsystems können Objekte in dem Umgebungsbereich des Fahrzeugs erkannt werden. Das Fahrerassistenzsystem kann dazu ausgebildet sein, eine Warnung an den Fahrer des Fahrzeugs auszugeben, falls ein Objekt in dem Umgebungsbereich erkannt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt ist, das Fahrzeug zumindest semi-autonom in Abhängigkeit von einem erfassten Objekt zu manövrieren. Das Fahrerassistenzsystem kann auch als Parkhilfesystem oder als Bremsassistent ausgebildet sein.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung beziehungsweise ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Fahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
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Zur Erfindung gehört auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines elektronischen Steuergeräts abgearbeitet wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher eines elektronischen Steuergeräts geladen und auf einem Prozessor des elektronischen Steuergeräts abgearbeitet werden.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Recheneinrichtung, die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, für das erfindungsgemäße Fahrzeug für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare Medium.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, welches eine Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist;
- 2 einen schematisches Schaltplan einer Recheneinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Betreiben eines Ultraschallsensors;
- 3 eine Frequenz eines mit dem Ultraschallsensor bereitgestellten Rohsignals sowie eine Frequenz eines Referenzsignals in Abhängigkeit von der Zeit;
- 4 eine Frequenz des Rohsignals sowie eine Frequenz des Referenzsignals gemäß einer weiteren Ausführungsform in Abhängigkeit von der Zeit;
- 5 einen zeitlichen Verlauf des Rohsignals, welches mit dem Ultraschallsensor bereitgestellt wird; und
- 6 einen zeitlichen Verlauf eines Frequenzunterschiedssignals, welches einen Frequenzunterschied zwischen dem Rohsignal und dem Referenzsignal beschreibt.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Fahrzeug 1, welches vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Fahrzeugs 1 zu unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann als Bremsassistent ausgebildet sein. Ferner kann das Fahrerassistenzsystem 2 als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem der Fahrer beim Einparken des Fahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken aus der Parklücke unterstützt werden kann.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Ultraschallsensorvorrichtung 3. Die Ultraschallsensorvorrichtung 3 weist zumindest einen Ultraschallsensor 4 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4. Dabei sind sechs der Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 6 des Fahrzeugs 1 und sechs der Ultraschallsensoren 4 in einem Heckbereich 7 des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 können insbesondere an den Stoßfängern des Fahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4 verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind. Grundsätzlich können die Ultraschallsensoren 4 auch an weiteren Verkleidungsteilen oder Bauteilen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein.
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Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Rohsignale 10 (5) bereitgestellt werden, welche zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 9 des Fahrzeugs 1 beschreiben. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 gezeigt. Zum Bestimmen des Rohsignals 10 kann mit jedem der Ultraschallsensoren 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Im Anschluss daran kann das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal beziehungsweise Echo wieder empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals kann dann ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Ultraschallsignal, das von einem der Ultraschallsensoren 4 ausgesendet wurde, mit einem benachbarten Ultraschallsensor 4 empfangen wird. Dies wird auch als Kreuzmessung bezeichnet.
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Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 eine elektronische Recheneinrichtung 5, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät des Fahrzeugs 1 gebildet sein kann. Die Recheneinrichtung 5 ist zur Datenübertragung mit den Ultraschallsensoren 4 verbunden. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Mittels der Recheneinrichtung 5 können die jeweiligen Ultraschallsensoren 4 zum Aussenden des Ultraschallsignals mit einem Anregungssignal 21 angeregt werden. Dieses Anregungssignal 21 ist vorliegend derart ausgestaltet, dass dieses eine Frequenzänderung mit einer vorbestimmten Steigung in Abhängigkeit von der Zeit aufweist. Insbesondere handelt es sich bei dem Anregungssignal 21 um ein lineares Chirp-Signal. Mit den Ultraschallsensoren 4 wird dann ein Ultraschallsignal ausgesendet, welches im Wesentlichen den Frequenzverlauf des Anregungssignals 21 aufweist. Dieses Ultraschallsignal wird dann von dem Objekt 8 reflektiert und anschließend von dem Ultraschallsensor 4 empfangen. Mit dem Ultraschallsensor 4 wird dann das Rohsignal 10 bestimmt, welches das empfangene beziehungsweise das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Diese Rohsignale 10 können dann von den Ultraschallsensoren 4 an die Recheneinrichtung 5 übertragen werden, um das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 zu erkennen. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine Ausgabe an den Fahrer des Fahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen Antriebsmotor eingreift, um das Fahrzeug 1 in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren.
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2 zeigt einen schematischen Schaltplan der Recheneinrichtung 5. An einem Eingang wird das Rohsignal 10, welches in dem Ultraschallsensor 4 bereitgestellt wird, empfangen. Das Rohsignal 10 beschreibt eine von einem Wandlerelement des Ultraschallsensors 4 bereitgestellte elektrische Spannung, welche entsprechend verstärkt und abgetastet wurde. Dieses Rohsignal wird einem ersten Mischer 11a zugeführt, mittels welchem das Rohsignal 10 mit einem ersten Referenzsignal R1 gemischt beziehungsweise multipliziert wird. Daraus ergibt sich ein erstes Mischsignal 12a, welches einem ersten Tiefpassfilter 13a zugeführt wird. Dabei ist die Grenzfrequenz des ersten Tiefpassfilters 13a so bestimmt, dass das gefilterte Mischsignal die Differenz zwischen der Frequenz des Rohsignals 10 und der Frequenz f des ersten Referenzsignals R1 beschreibt. In einem Block 14a wird ein optionales Downsampling durchgeführt, bei welchem beispielsweise die Abtastfrequenz reduziert wird. In gleicher Weise wird das Rohsignal 10 mittels eines zweiten Mischers 11b mit einem zweiten Referenzsignal R2 gemischt beziehungsweise multipliziert. Dabei weist das zweite Referenzsignal R2 einen Phasenunterschied von 90° zu dem ersten Referenzsignal R1 auf. Das erste Referenzsignal R1 kann als cos(ω(t)t) beschrieben werden und das zweite Referenzsignal R2 kann als cos(ω(t)t) beschrieben werden, wobei ω(t) das Pulsieren des Referenzsignals R1, R2 beschreibt, welches sich in Abhängigkeit von der Zeit t ändert. Am Ausgang des zweiten Mischers 11b ergibt sich ein zweites Mischsignal 12b, welches einem zweiten Tiefpassfilter 13b zugeführt wird. Zudem wird in dem Block 14b ein Downsampling durchgeführt wird.
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In einem Block 15 werden die Amplituden der Signale bestimmt und mit einem vorbestimmten Schwellwert 16 verglichen. Falls die Amplituden der gefilterten Mischsignale 12a, 12b den Schwellwert 16 überschreiten, wird in einem Block 17a ein Frequenzunterschied Δf zwischen dem Rohsignal 10 und dem ersten Referenzsignal R1 anhand des ersten Mischsignals 12a bestimmt. In gleicher Weise wird in einem Block 17b der Frequenzunterschied Δf zwischen dem Rohsignal 10 und dem zweiten Referenzsignal R2 anhand des zweiten Mischsignals 12b bestimmt. Es kann auch vorgesehen sein, dass in den Blöcken 17a und 17b eine Periode beziehungsweise in Unterschied in der Periode bestimmt wird. In einem Block 18 wird dann ein Mittelwert aus den beiden ermittelten Frequenzunterschieden bestimmt. Am Ausgang des Blocks 18 ergibt sich ein Frequenzunterschiedssignal 19, welches den gemittelten Frequenzunterschied Δf in Abhängigkeit von der Zeit t beschreibt. Dieses Frequenzunterschiedssignal 19 wird einer Echo-Erfassungseinrichtung 20 zugeführt.
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3 zeigt eine Änderung der Frequenz f der Referenzsignale R1, R2 in Abhängigkeit von der Zeit t. Hierbei ist zu erkennen, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Frequenz f der Referenzsignale R1, R2 in Abhängigkeit von der Zeit zunimmt. Es handelt sich bei dem Referenzsignal R1, R2 somit um ein Chirp-up-Signal. Zudem ist die Änderung der Frequenz f des Anregungssignals 21 in Abhängigkeit von der Zeit t gezeigt, wobei der Ultraschallsensor 4 beziehungsweise das Wandlerelement des Ultraschallsensors 4 mit dem Anregungssignal 21 angeregt wird. Somit weist auch das ausgesendete Ultraschallsignal den Frequenzverlauf des Anregungssignals 21 auf. Ferner ist die Frequenzänderung des Rohsignals 10 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Das Rohsignal 10 beschreibt das von dem Objekt 8 reflektierte und von dem Ultraschallsensor 4 empfangene Ultraschallsignal. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass der Frequenzunterschied Δf zwischen dem Referenzsignal R1, R2 und dem Rohsignal 10 konstant über die Länge des Echos ist. Dabei ist der Frequenzunterschied Δf proportional bei einer Laufzeit t0 .
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In dem Beispiel gemäß 3 ist die Frequenz des ersten Teils des Referenzsignals R1, R2 die gleiche wie die Frequenz des Anregungssignals 21 beziehungsweise des ausgesendeten Ultraschallsignals. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Frequenz f der Referenzsignale R1, R2 größer oder kleiner als die Frequenz f des Anregungssignals 21 ist. Dies ist beispielhaft in 4 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass eine Steigung der Frequenz f des Referenzsignals R1, R2 in Abhängigkeit von der Zeit t einer Steigung der Frequenz f des Anregungssignals 21 entspricht. Somit kann erreicht werden, dass der Frequenzunterschied Δf zwischen dem Referenzsignal R1, R2 und dem Rohsignal 10 konstant bleibt.
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Der Frequenzunterschied Δf zwischen dem Referenzsignal R1, R2 und dem Rohsignal 10 kann durch das Mischen des Rohsignals 10 mit dem Referenzsignal R1, R2 und der anschließenden Tiefpassfilterung erreicht werden. Nach dieser Operation beschreibt das gefilterte Mischsignal den Unterschied der Frequenz f des Referenzsignals R1, R2 und der Frequenz f des Rohsignals 10. Im Anschluss daran wird die Frequenz f der gefilterten und heruntergemischten Mischsignale bestimmt. Somit kann die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Nullstellen des gefilterten Mischsignals bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgender Maxima und Minima der gefilterten Mischsignale bestimmt wird.
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In dem Beispiel gemäß 2 wird das Rohsignal mit den beiden Referenzsignalen R1, R2 gemischt, die einen Phasenunterschied von 90° zueinander aufweisen. Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Rohsignal 10 mit einem einzigen Referenzsignal R1, R2 gemischt wird.
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5 beschreibt einen zeitlichen Verlauf des Rohsignals 10 in Abhängigkeit von der Zeit t. Auf der Abszisse ist die Zeit t und auf der Ordinate ist die Amplitude A des Rohsignals 10 aufgetragen. Dabei ist in dem Rohsignal 10 ein Bereich 22 zu erkennen, der dem Sendebetrieb des Ultraschallsensors 4 zuzuordnen ist. In diesem Fall wird die Membran des Ultraschallsensors 4 mittels des Wandlerelements zum Schwingen angeregt. Im Anschluss daran ist ein Bereich 23 zu erkennen, welcher von einem Echo beziehungsweise dem reflektierten Ultraschallsignal von einem Objekt 8 stammt, das einen Abstand von 20 cm zu dem Ultraschallsensor 4 aufweist. Des Weiteren beschreibt ein Bereich 24 des Rohsignals 10 ein Echo des ausgesendeten Ultraschallsignals von einem Objekt, welches zu dem Ultraschallsensor 4 einen Abstand von 40 cm aufweist.
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6 zeigt einen Verlauf des Frequenzunterschiedssignals 19. Hierbei ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Frequenz f aufgetragen. Dieses Frequenzunterschiedssignal 19 wird in der Echo-Erfassungseinheit 20 ausgewertet. Die Echos können daran erkannt werden, dass das Frequenzunterschiedssignal 19 in einem Bereich stabil beziehungsweise im Wesentlichen konstant ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Anzahl von Erscheinungen für jede der Frequenzen zu bestimmen. Wenn eine oder mehrere Frequenzen in dem Frequenzunterschiedssignal 19 vorhanden sind, bedeutet dies, dass diese Frequenzanteile von Echos stammen. Vorliegend ist in dem Frequenzunterschiedssignal 19 ein Bereich 25 zu erkennen, der von dem Echo des Signals mit einem Abstand von 20 cm stammt. Dieser Abstand kann anhand der korrespondierenden Frequenz f1 ermittelt werden. In einem Bereich 26 weist das Frequenzunterschiedssignal 19 im Wesentlichen die Frequenz f2 auf. Dieser Bereich 26 stammt von dem Objekt mit einem Abstand von 40 cm, der mit der Frequenz f2 korrespondiert.
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Das Verfahren wurde anhand von Anregungssignalen 21 und Referenzsignalen R1, R2 erläutert, welche als Chirp-up-Signal ausgebildet sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Anregungssignal 21 sowie die Referenzsignale R1, R2 als Chirp-down-Signal ausgebildet sind. Wenn benachbarte Ultraschallsensoren 4 gleichzeitig Ultraschallsignale aussenden sollen, kann mit den Ultraschallsensoren 4 ein Chirp-up-Signal ausgesendet werden, und mit den anderen Ultraschallsensoren 4 kann ein Chirp-down-Signal ausgesendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die benachbarten Ultraschallsensoren 4 Ultraschallsignale in unterschiedlichen Frequenzbändern aussenden. In diesen Fällen werden also quasi zwei Kanäle verwendet. Hier kann das Verfahren dann für jeden der Kanäle genutzt werden. Insgesamt eignet sich das dargestellte Verfahren bevorzugt dazu, Objekte 8 in einem Nahbereich beziehungsweise in einem Bereich in einem Abstand geringer als 45 cm zu dem Fahrzeug eines beziehungsweise dem Ultraschallsensor 4 zu erfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10225614 A1 [0005]
- DE 102013211846 A1 [0006]
- DE 102011075484 A1 [0007]
