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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung einer elektrischen Sicherheitsverriegelung, umfassend einen Stecker mit einer Hochspannungsleitung, wobei im Stecker eine Drahtbrücke angeordnet ist, welche mit einem ersten Abschnitt eines separaten Stromkreises und einem zweiten Abschnitt eines separaten Stromkreises verbunden ist, für den Fall, dass der Stecker ordnungsgemäß mit einer Hochvolt-Komponente verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Sicherheitsverriegelung, bei welchem eine Überwachung eines Stromkreises der Sicherungsverriegelung erfolgt, wobei der Stromkreis mit einem ersten Abschnitt eines separaten Stromkreises und einem zweiten Abschnitt eines separaten Stromkreises sowie einer in einem Stecker angeordneten Drahtbrücke bereitgestellt wird.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung elektrische Sicherheitsverriegelungen, welche in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, in welchen zum Betrieb von elektrischen Baugruppen Gleichspannungen im Bereich von gleich oder größer 60 Volt zum Einsatz kommen. Dies ist zum Beispiel bei in Fahrzeugen eingesetzten Wechselrichtern beziehungsweise Invertern der Fall, welche beispielsweise zur Umsetzung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung benötigt werden.
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Die Erfindung betrifft auch Sicherheitsverriegelungen, welche in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Fahrzeugen mit einem sogenannten Hybridantrieb zum Einsatz kommen.
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Wird ein Wechselrichter beziehungsweise Inverter zum Antrieb elektrischer Motoren mit hoher Spannung, insbesondere in Fahrzeugen mit Bordnetzspannungen über 60 Volt, genutzt, spricht man im Kraftfahrzeug-Bereich auch von sogenannten Hochvolt-Anwendungen (HV-Anwendungen). Eine derartige Hochvolt-Anwendung beziehungsweise Hochvolt-Komponente ist zum Beispiel ein Inverter für einen elektrisch angetriebenen Kältemittelverdichter in einem Fahrzeug.
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In diesem Fall stellt die Hochvolt-Komponente Inverter, beispielsweise aus einer Gleichspannung im Bereich von gleich oder größer 60 Volt, die zum Betrieb des Elektromotors des Kältemittelverdichters benötige Wechselspannung bereit, welche auch mehrere Phasen umfassen kann.
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Beispielsweise in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit Hochvolt-Anwendungen (> 60 Vdc) kommen Sicherheitsverriegelungen zum Einsatz. Die Aufgabe einer derartigen Sicherheitsverriegelung besteht darin, den Betriebszustand eines Hochvolt-Stromkreises, an welchem die Hochvolt-Komponenten angeschlossen sind, zu überwachen und insbesondere zu prüfen, ob alle Stecker beziehungsweise Steckverbindungen eines derartigen Hochvolt-Stromkreises sicher gesteckt beziehungsweise befestigt sind.
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Beispielsweise wird in einem Hochvolt-Stromkreis eines elektrischen Kältemittelverdichters eine sichere Befestigung der Stecker beziehungsweise Steckverbindungen geprüft, bevor die Hochspannung (> 60 Vdc) zugeschaltet werden darf. Eine derartige Prüfung kann sowohl für einen Stecker beziehungsweise eine Steckverbindung als auch für mehrere Stecker beziehungsweise mehrere Steckverbindungen erfolgen.
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Nach dem Stand der Technik sind für derartige Sicherheitsverriegelungen mehrere Lösungen bekannt.
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Eine Variante einer derartigen Sicherheitsverriegelung nach dem Stand der Technik sieht vor, dass in einem Stecker beziehungsweise einer Steckverbindung, über welchen die Hochspannung zur Hochvolt-Komponente zugeführt wird, eine Drahtbrücke zum Einsatz kommt. Derartige Drahtbrücken werden auch als „interlook bridge“ bezeichnet.
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Mittels einer derartigen Drahtbrücke erfolgt bei einem ordnungsgemäß gesteckten Stecker beziehungsweise einer Steckverbindung ein Schließen eines separaten Stromkreises. Dieses Schließen des zur Überwachung vorgesehenen separaten Stromkreises, welcher vom Hochvolt-Stromkreis getrennt beziehungsweise elektrisch isoliert ist, wird mittels einer geeigneten Auswerteeinheit der Sicherheitsverriegelung erkannt, nachfolgen wird die Hochspannung zugeschaltet.
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Eine derartige Auswerteeinheit zur Erkennung eines sicher geschlossenen Hochvolt-Stromkreises durch Überwachung eines separaten Stromkreises wird beispielsweise in Elektronikbaugruppen eines Fahrzeuges also einer Fahrzeugelektronik angeordnet.
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In einer anderen Variante einer derartigen Sicherheitsverriegelung nach dem Stand der Technik erstreckt sich eine derartige Prüfung eines zur Überwachung vorgesehenen separaten Stromkreises über mehrere Stecker beziehungsweise Steckverbinder, welche jeweils eine entsprechende Drahtbrücke aufweisen. Nur für den Fall, dass der sich über alle Drahtbrücken aller Stecker beziehungsweise Steckverbinder erstreckende separate Stromkreis (interlock loop) geschlossen ist, erfolgt ein Zuschalten einer Hochspannung zu einer entsprechenden Hochvolt-Komponente, wie beispielsweise einem Inverter.
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Ein Nachteil dieses Standes der Technik besteht darin, dass es zu Kurzschlüssen in einem der Stecker beziehungsweise Steckverbinder oder in dem zur Überwachung dienenden separaten Stromkreis kommen kann, wobei ein derartiger Zustand durch die Auswerteeinheit als eine ordnungsgemäß geschlossene Verbindung erkannt werden kann.
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Zur Vermeidung einer derartigen fehlerhaften Erkennung sind im Stand der Technik weitere Verfahren bekannt, mit Hilfe derer eine fehlerhafte Detektion beziehungsweise fehlerhafte Überwachung eines Hochvolt-Stromkreises vermieden werden sollen.
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Aus der
US 7 557 460 B2 ist eine elektrische Energiequelle für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Aufgabe besteht darin, dass eine Verriegelungsschaltung einen getrennten Zustand eines Verriegelungsdrahts erfasst und bei Bedarf einen Schütz ausschaltet, um eine Sicherheit bei der Zufuhr einer Betriebsspannung zu erreichen.
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Vorgesehen ist es daher, dass eine Verriegelungsschaltung eine Stromausgabeschaltung umfasst, die einen detektierbaren Strom über eine Diode an den Verriegelungsdraht ausgibt. Vorgesehen werden auch eine erste Stromerfassungsunterschaltung, die über den Verriegelungsdraht und die Diode mit der Stromausgabeschaltung verbunden ist, eine zweite Stromerfassungs-Teilschaltung, die mit einem Verbindungspunkt verbunden ist, der operativ zwischen der Stromausgabeschaltung und der Diode angeordnet ist, und eine Bewertungsschaltung.
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Wenn in der Verriegelungsschaltung der detektierbare Strom in der zweiten Stromerfassungsunterschaltung erfasst wird und wenn der detektierbare Strom nicht in der ersten Stromerfassungsunterschaltung erfasst wird, beurteilt die Beurteilungsschaltung, dass sich der Verriegelungsdraht in einem getrennten Zustand befindet, und schaltet den Schütz ab und unterbricht derart eine Zufuhr einer Hochspannung.
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In der
US 10 139 443 B2 sind eine Schaltungsvorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes einer Verriegelungsschleife beschrieben. Die zu lösende Aufgabe besteht darin, einen zuverlässigen Schutz von Menschen und Tieren vor den Gefahren durch Hochvoltkomponenten eines Fahrzeuges zu erreichen.
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Zur Lösung ist es vorgesehen, dass eine Schaltungsvorrichtung zum Ermitteln eines Zustandes einer elektrischen Verriegelungsleiterschleife, insbesondere einer Berührungsschutzschaltung eines Fahrzeugs, speziell eines Hybridelektro- oder Elektrofahrzeugs, bereitgestellt wird, wobei die Verriegelungsleiterschleife ihrerseits zur Überwachung zumindest einer Hochvolt-Komponente des Fahrzeugs eingerichtet ist.
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Diese bekannten Lösungen zur Verbesserung der Arbeitsweise einer Sicherheitsverriegelung haben die Nachteile, dass diese eine aufwendige Schaltungsanordnung, insbesondere zur Messung der analogen Größen, benötigen und somit ihre Herstellungskosten steigen. Gemäß der
US 7 557 460 B2 sind sogar zwei Stromerfassungsunterschaltungen notwendig.
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Außerdem müssen in derartigen Sicherheitsverriegelungen analoge Größen mit geringen Amplituden wie Spannungen und/oder Ströme gemessen werden. Derartige Messungen sind aber aufgrund der geringen Amplituden der Größen sehr empfindlich gegenüber Störungen und somit nur bedingt funktionstüchtig beziehungsweise robust.
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Außerdem ist es nicht möglich in einem Fehlerfall eine Diagnose zu erstellen, welcher Fehler in welchem Bereich aufgetreten ist.
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Somit besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Anordnung und einem verbesserten Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Sicherheitsverriegelung, insbesondere in einem Fahrzeug.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Sicherheitsverriegelung anzugeben, womit eine kostengünstige und robuste Überwachung in einer Sicherheitsverriegelung ermöglicht und der schaltungstechnische Aufwand verringert wird.
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Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 5 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Zur Überwachung einer sicheren Funktionsweise von Hochvolt-Stromkreisen in Fahrzeugen ist es vorgesehen, dass wie aus dem Stand der Technik bekannt Stecker beziehungsweise Steckverbindungen mit Drahtbrücken (interlook bridge) bereitgestellt werden.
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Vorgesehen ist es auch, dass mittels einer geeigneten Anordnung ein Signal mit einem sich definiert in seinem zeitlichen Verlauf verändernden Signalpegel erzeugt wird, welches über die für den separaten Stromkreis angeordneten Leitungen und insbesondere die Drahtbrücken der Stecker beziehungsweise Steckverbindungen übertragen wird. Ein derartiges Signal kann beispielsweise ein einfach zu erzeugendes Bitmuster sein. Alternative Signale mit mehr als zwei Schaltzuständen können ebenfalls zum Einsatz kommen.
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Als eine derartige Anordnung zur Erzeugung eines beispielsweise digitalen Bitmusters kann beispielsweise ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor zum Einsatz kommen. Vielen Baugruppen wie beispielsweise eine Hochvolt-Komponente eines Inverters für einen Kältemittelverdichter sind mit intelligenten Steuer- und Regeleinheiten wie einem Mikrocontroller ausgestattet, um beispielsweise die Betriebsweise der Hochvolt-Komponente selbst zu steuern beziehungsweise zu regeln. Somit kann ein derartiger bereits in der Hochvolt-Komponente vorhandener Mikrocontroller zur Erzeugung eines Signals wie einem digitalen Bitmusters genutzt werden, ohne dass ein schaltungstechnischer Mehraufwand entsteht.
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Zur Überwachung eines gesteckten Steckers an einer Hochvolt-Komponente in einem Hochvolt-Stromkreis ist es vorgesehen, dass das von der Anordnung zur Erzeugung eines digitalen Bitmusters erzeugte Signal beziehungsweise Bitmuster unmittelbar einem zweiten Signaleingang einer Auswerteeinheit bereitgestellt wird. Außerdem ist es vorgesehen, dass das von der Anordnung zur Erzeugung eines digitalen Bitmusters erzeugte Signal nach seiner Übertragung über den separaten Stromkreis einem ersten Signaleingang einer Auswerteeinheit bereitgestellt wird.
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Die Auswerteeinheit kann somit mittels eines Signalvergleichs des am ersten Signaleingang und des am zweiten Signaleingang anliegenden Signals ermitteln, ob der Stecker an der Hochvolt-Komponente ordnungsgemäß gesteckt ist. Ist dies der Fall, was durch eine Gleichheit der Signale erkannt wird, wird die Auswerteeinheit ein Signal zum Zuschalten der Hochspannung für die Hochvolt-Komponente erzeugen und ausgeben, infolgedessen die Hochspannung zugeschaltet wird.
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Vorgesehen ist es auch die Anordnung zur Erzeugung eines digitalen Bitmusters und die Auswerteeinheit in einer baulichen Einheit wie einem Mikroprozessor als eine Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit bereitzustellen.
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Zur Anpassung an ein in einem Fahrzeug vorhandenes Bordspannungssystem beispielsweise mit einer Bordspannung von 12 Volt ist es vorgesehen, eine Anpassung von Signalpegeln vorzunehmen. Eine derartige Anpassung von Signalpegeln erfolgt zwischen dem von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit bereitgestellten und erwarteten Signalpegel und einem höheren Signalpegel zur Übertragung über den separaten Stromkreis und die Drahtbrücke im Bordspannungssystem des Fahrzeuges.
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Ein weiterer Vorteil einer derartigen Anpassung von Signalpegeln liegt in einer Erhöhung der Störfestigkeit. Außerdem reduziert sich beispielsweise der Aufwand für eine 5 Volt Spannungserzeugungseinheit, welche Baugruppen zur Steuerung einer entsprechenden Hochvolt-Komponente wie auch den Mikroprozessor als Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit versorgt.
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Zur Anpassung der Signalpegel kommen mehrere Pegelumsetzer zum Einsatz, welche einen Signalpegel von beispielsweise 5 Volt auf einen Signalpegel von beispielsweise 12 Volt umsetzen beziehungsweise umgekehrt.
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Durch den Vergleich des gesendeten Signales am zweiten Signaleingang mit dem empfangenen Signal am ersten Signaleingang der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit ist nicht nur eine Detektion des sicheren Anschlusses des Steckers an der Hochvolt-Komponente möglich. Auch Zustände wie ein Kurzschluss gegen das Massepotential GND oder eine Betriebsspannung werden durch die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit erkannt. Je nach erkanntem Zustand werden durch die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit entsprechende Signale erzeugt und ausgegeben.
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Diese von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit erzeugten Signale beziehungsweise Zustände der Sicherheitsverriegelung werden über einen in einem Fahrzeug vorhandenen Daten-Bus beispielsweise an eine zentrale Steuereinheit wie ein Steuergerät übertragen und im Steuergerät entsprechend verarbeitet.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: eine Sicherheitsverriegelung aus dem Stand der Technik,
- 2: eine Sicherheitsverriegelung aus dem Stand der Technik mit mehreren Hochvolt-Komponenten,
- 3: eine erfindungsgemäße Sicherheitsverriegelung,
- 4: eine Übersicht über Zustände, welche von der erfindungsgemäßen Sicherheitsverriegelung detektiert werden können,
- 5: eine beispielhafte Schaltungsanordnung für die Pegelumsetzer der erfindungsgemäßen Sicherheitsverriegelung und
- 6: einen Ablaufplan für das Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Sicherheitsverriegelu ng.
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In der 1 ist eine Anordnung 1 zur Überwachung einer Sicherheitsverriegelung aus dem Stand der Technik dargestellt. Die mittels einer Hochspannung (> 60 Vdc) zu versorgende Hochvolt-Komponente 2 in der 1 ist beispielsweise ein Inverter 2 eines Kältemittelverdichters, welcher in der 1 nicht näher dargestellt ist.
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Eine Hochspannungsleitung 3 eines Hochspannungs-Stromkreises wird mittels eines Steckers 4 mit dem Inverter 2 zur Zufuhr der Hochspannung verbunden.
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Der Stecker 4 ist mit der aus dem Stand der Technik bekannten Drahtbrücke 5 (interlock Bridge) ausgestattet, über welche der sichere Anschluss des Steckers 4 an eine entsprechende Buchse im Inverter 2 mittels eines separaten Stromkreises 6, welcher in der 1 nur angedeutet ist, überprüft werden kann.
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Für diese Überprüfung wird beispielsweise eine im Inverter 2 angeordnete Auswerteeinheit 7, welche in der 1 nur symbolisch dargestellt ist, vorgesehen.
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Zur Überprüfung einer sicheren Verbindung beziehungsweise Kontaktierung der Hochspannungsleitung 3 mittels des Steckers 4 am Inverter 2 ist es vorgesehen über die Drahtbrücke 5 einen Strom fließen zu lassen, welcher von der im Inverter 2 angeordneten Auswerteeinheit 7 detektiert wird.
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Wie bereits weiter oben erläutert worden ist, ist diese Lösung nur bedingt sicher und nur eingeschränkt robust. Somit kann keine zuverlässige Überwachung einer elektrischen Sicherheitsverriegelung in einem Fahrzeug erreicht werden.
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Die 2 zeigt eine Anordnung 1 zur Überwachung einer Sicherheitsverriegelung aus dem Stand der Technik mit mehreren Hochvolt-Komponenten 2.
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Zur Überprüfung einer sicheren Verbindung beziehungsweise Kontaktierung der Hochspannungsleitung 3 mittels des jeweiligen Steckers 4 an der jeweiligen Hochvolt-Komponente 2 ist es vorgesehen einen Strom über den separaten Stromkreis 6 und die Drahtbrücken 5 fließen zu lassen. Mittels der Auswerteeinheit 7, welche ebenfalls im separaten Stromkreis 6 angeordnet ist und den Stromfluss ermöglicht, wird eine sichere Befestigung der Stecker 4 detektiert.
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Ist das Ergebnis dieser Detektion in Ordnung, wird die Hochspannung über die Hochspannungsleitungen 3 für alle Hochvolt-Komponenten 2 zugeschaltet. Diese Ausführung ermöglicht somit eine Überwachung einer sicheren Verbindung der Stecker 4 an mehreren Hochvolt-Komponenten 2 gleichzeitig. Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile treffen aber auch auf diese Ausführung zu.
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In der 3 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 8 zur Überwachung einer Sicherheitsverriegelung dargestellt. In einer Hochvolt-Komponente 2, wie beispielsweise einem Inverter 2, ist eine Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 angeordnet, welche beispielsweise die Arbeitsweise des Inverters 2 steuert. Diese Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9, welche im Beispiel ein Mikroprozessor 9 sein soll, weist einen Ausgang 10 zur Ausgabe eines digitalen Signals 11 auf.
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Dieses Signal 11 ist ein Signal mit einem sich in seinem zeitlichen Verlauf verändernden Signalpegel. Als ein derartiges Signal kann von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 beispielsweise ein Bitmuster 11 erzeugt werden.
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Das Signal 11 kann ein nur zwei Spannungspegel aufweisendes binäres Signal sein. Eine Einschränkung auf nur zwei Spannungspegel des Signals 11 ist aber nicht vorgesehen. Das Signal 11 kann alternativ auch ein beliebig anderes wertdiskretes und zeitkontinuierliches Signal sein.
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Das Signal 11 wie ein Bitmuster 11 kann sowohl nach einem Zufallsprinzip wie auch nach festen Vorgaben erzeugt werden. Das Bitmuster 11, mit einer beispielhaften Abfolge von Nullen und Einsen, wird über den Ausgang 10 ausgegeben.
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Dieses Bitmuster 11 wird über einen ersten Abschnitt des separaten Stromkreises 6a zu der Drahtbrücke 5 in einem Stecker 4 übertragen. Von der Drahtbrücke 5 des Steckers 4 gelangt das Bitmuster 11 über einen zweiten Abschnitt des separaten Stromkreises 6b wieder zurück zu der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9, zu einem ersten Signaleingang 12.
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Vorgesehen ist es, eine Anpassung des Signalpegels des Signals 11 vorzunehmen und derart die Störsicherheit bei der Detektion einer sicheren Befestigung der Stecker 4 mit seiner Hochspannungsleitung 3 an einer Hochvolt-Komponente 2 zu verbessern. Für eine derartige Anpassung des Signalpegels wird unmittelbar am Ausgang 10 der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 ein erster Pegelumsetzer 13 angeordnet, welcher das beispielsweise am Ausgang 10 einen Signalpegel von 5 Volt aufweisende Signal 11 auf einen Signalpegel von 12 Volt anhebt, welches dann über die Abschnitte 6a und 6b des separaten Stromkreises 6 und die Drahtbrücke 5 übertragen wird. In diesem Fall wird unmittelbar vor dem ersten Signaleingang 12 ein zweiter Pegelumsetzer 14 angeordnet, welcher das vom zweiten Teil des separaten Stromkreis 6b empfangene Signal 11 mit einem Pegel von 12 Volt in ein Signal 11 mit einem Pegel von 5 Volt wandelt, welches dem ersten Signaleingang 12 zugeführt wird.
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Das von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 erzeugte Signal 11 wird außerdem einem zweiten Signaleingang 15 der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 zugeführt.
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Für den Fall, dass der Signalpegel mittels eines ersten Pegelumsetzers 13 auf einen Signalpegel von 12 Volt angehoben wurde, wird vor dem zweiten Signaleingang 15 ein dritter Pegelumsetzer 16 angeordnet, welcher den Signalpegel des Signals 11 an den Pegel des zweiten Signaleingangs 15 anpasst. Im Beispiel erfolgt eine Anpassung des Pegels von 12 Volt auf 5 Volt mittels des dritten Pegelumsetzers 16. In diesem Beispiel wird eine Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 genutzte, welche an ihren Ausgängen, wie dem Ausgang 10 eine Spannung bis zu 5 Volt bereitstellt und an ihren Eingängen, wie dem ersten Signaleingang 12 und dem zweiten Signaleingang 15, Signale bis zu einer Spannung von 5 Volt verarbeiten kann. Bei einer Nutzung einer anderen Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 sind selbstverständlich andere Spannung möglich.
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Die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9, welche das Signal 11 erzeugt, empfängt über den zweiten Signaleingang 15 das erzeugte Signal 11 direkt in der Form, in welcher es am Ausgang 10 bereitgestellt worden ist.
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Außerdem empfängt die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 das Signal 11 nach der Übertragung des Signals 11 über die Abschnitte 6a und 6b des separaten Stromkreises 6 und die Drahtbrücke 5. Für den Fall, dass der Stecker 4 ordnungsgemäß gesteckt ist, stellt die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 bei einem Vergleich der Signale am ersten Signaleingang 12 und am zweiten Signaleingang 15 fest, dass diese zumindest in Ihrem Bitmuster übereinstimmen. Ein Unterschied in der Amplitude der Signale beziehungsweise der Pegel ist möglich und beeinflusst den sicheren Vergleich nicht.
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Bei einer derartigen Übereinstimmung ist der Stecker 4 ordnungsgemäß an der Hochvolt-Komponente 2 befestigt und die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 kann ein Signal zum Zuschalten der Hochspannung über die Hochspannungsleitung 3 erzeugen und ausgeben. In Folge dessen wird die Hochspannung zugeschaltet.
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Für den Fall, dass der Stecker 4 nicht ordnungsgemäß gesteckt ist und somit der separate Stromkreis 6 mit den Abschnitten 6a und 6b nicht mittels der Drahtbrücke 5 geschlossen werden kann, stellt die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 bei einem Vergleich der Signale am ersten Signaleingang 12 und am zweiten Signaleingang 15 fest, dass diese miteinander nicht übereinstimmen. In diesem Fall wird kein Signal zum Zuschalten der Hochspannung über die Hochspannungsleitung 3 erzeugt und ausgegeben und die Hochspannung auch nicht zugeschaltet. In diesem Fall kann durch die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt und ausgegeben werden.
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In der 4 ist eine Übersicht über Zustände, welche von der erfindungsgemäßen Sicherheitsverriegelung detektiert werden können, dargestellt.
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Die erste Spalte zeigt, dass das Signal 11 von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 kontinuierlich bereitgestellt wird und dass die Auswertung, also der Vergleich zwischen den Signalen am ersten Signaleingang 12 und am zweiten Signaleingang 15, durchgeführt wird.
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In der zweiten Spalte sind mögliche Zustände des separaten Stromkreises 6 mit den Abschnitten 6a und 6b mit der Drahtbrücke 5 gezeigt. Die dritte Spalte gibt die zugehörigen Zustände des zweiten Signaleingangs 15 und die vierte Spalte die zugehörigen Zustände des ersten Signaleingangs 12 an.
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In der ersten Zeile der Tabelle der 4 ist eine ordnungsgemäße Verbindung des Steckers 4 mit der Hochvolt-Komponente 2 dargestellt. Somit wird das von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 kontinuierlich bereitgestellt Signal 11 wie ein Bitmuster sowohl über den zweiten Signaleingang 15 als auch über den ersten Signaleingang 12 empfangen. Bei dieser Gleichheit der Signale wird von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 ein in den Figuren nicht dargestelltes Signal zum Zuschalten der Hochspannung über die Hochspannungsleitung 3 erzeugt und ausgegeben.
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In der zweiten Zeile ist der Stecker 4 nicht ordnungsgemäß mit der Hochvolt-Komponente 2 verbunden. Somit wird am zweiten Signaleingang 15 das von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 erzeugte Bitmuster 11 empfangen. Der erste Signaleingang 12 ist offen und empfängt das Bitmuster 11 nicht. Dieser offene erste Signaleingang 12 führt zur Erkennung eines High-Pegels. Diese Ungleichheit der Signale wird von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 erkannt und das Signal zum Zuschalten der Hochspannung nicht bereitgestellt. In diesem Zustand kann ein Fehlersignal durch die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 bereitgestellt werden, welches eine offene Steckverbindung des Steckers 4 anzeigt.
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In der dritten Zeile ist ein fehlerhafter Zustand angezeigt, bei welchem ein Abschnitt des separaten Stromkreises 6a oder 6b oder die Drahtbrücke 5 eine Verbindung gegen das Massepotential aufweist. In diesem Fall wird sowohl am zweiten Signaleingang 15 als auch am ersten Signaleingangs 12 ein Low-Pegel erkannt und kein Signal zum Zuschalten der Hochspannung bereitgestellt. In diesem Fall kann ein Fehlersignal durch die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 bereitgestellt werden, welches einen Kurzschluss gegen das Massepotential anzeigt.
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In der vierten Zeile ist ein fehlerhafter Zustand angezeigt, bei welchem ein Abschnitt des separaten Stromkreises 6a oder 6b oder die Drahtbrücke 5 eine Verbindung gegen eine Spannung von beispielsweise 12 Volt, wie eine Betriebsspannung in einem Fahrzeug, aufweist. In diesem Fall wird sowohl am zweiten Signaleingangs 15 als auch am ersten Signaleingangs 12 ein High-Pegel erkannt und kein Signal zum Zuschalten der Hochspannung bereitgestellt. In diesem Fall kann ein Fehlersignal durch die Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 bereitgestellt werden, welches einen Schluss gegen eine 12 Volt Betriebsspannung anzeigt.
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Die Pegelumsetzer 13, 14 und 16 sind mit entsprechenden Schutzschaltungen ausgeführt, so dass diese bei einem dauerhaften Eingangssignal von Beispielsweise 0 Volt oder 12 Volt ordnungsgemäß weiterarbeiten können.
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In der 5 ist eine beispielhafte Schaltungsanordnung für die Pegelumsetzer 13, 14 und 16 der erfindungsgemäßen Anordnung 8 zur Überwachung einer Sicherheitsverriegelung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in 3 (vergleiche 3) gezeigt. Diese Ausführung des ersten Pegelumsetzers 13, des zweiten Pegelumsetzers 14 sowie des dritten Pegelumsetzers 16 ist beispielhaft und robust, schränkt die vorliegende Erfindung aber nicht auf diese Variante ein.
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Das von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 erzeugte und über den Ausgang 10 bereitgestellte Signal 11 mit einem Pegel von 5 Volt wird vom ersten Pegelumsetzers 13, welcher eine Transistorstufe umfasst, in einen Pegel von beispielsweise 12 Volt gewandelt und über einen ersten Anschluss 17 ausgegeben. An diesen ersten Anschluss 17 wird beispielsweise der Abschnitt 6a des separaten Stromkreises 6 angeschlossen, wie es in der 5 angedeutet ist.
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Dieser am ersten Anschluss 17 anliegende Pegel von beispielsweise 12 Volt wird einem dritten Pegelumsetzer 16, welcher zwei Transistorstufen umfasst, direkt zugeführt. In diesem dritten Pegelumsetzer 16 erfolgt wieder eine Pegelanpassung derart, dass für den zweiten Signaleingang 15 das Signal 11 mit einem Pegel von 5 Volt bereitgestellt wird. Der zeitliche Verlauf des Signals 11, beispielsweise eines Bitmusters, also die Abfolge der Nullen und Einsen, wird durch keinen der Pegelumsetzer 13, 14 oder 16 verändert.
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Das am ersten Anschluss 17 ausgegebene Signal 11 gelangt über einen ersten Abschnitt des separaten Stromkreises 6a bei einem ordnungsgemäß gesteckten Stecker 4 über dessen Drahtbrücke 5 und über einen zweiten Abschnitt des separaten Stromkreises 6b zum zweiten Anschluss 18 und derart zum Eingang des zweiten Pegelumsetzers 14. Dieser zweite Pegelumsetzer 14, welcher zwei Transistorstufen umfasst, realisiert eine Pegelanpassung derart, dass für den ersten Signaleingang 12 das Signal 11 mit einem Pegel von 5 Volt bereitgestellt wird.
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Der erste Anschluss 17 und der zweite Anschluss 18 sind jeweils mit einer Schutzschaltung 19 ausgestattet. Diese Schutzschaltungen 19 realisieren einen Überspannungsschutz und schützen somit spannungsempfindliche Komponenten der Pegelumsetzer 13, 14 und 16 vor Schäden durch Hochspannung und energiereichen Ausgleichsvorgänge an den Anschlüssen 17, 18 sowie des separaten Stromkreises 6a, 6b.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist durch die Nutzung des Signals 11 eine hohe Störfestigkeit auf und ermöglicht das sichere Erkennen des ordnungsgemäßen Anschlusses des Steckers 4 an einer entsprechenden Buchse einer Hochvolt-Komponente 2 durch einen einfachen Vergleich zweier Signalmuster beziehungsweise Bitmuster des Signals 11.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass mittels einer entsprechenden Gestaltung des Signals 11 eine Energieeinsparung erfolgen kann. Ein dauerhafter Stromfluss über den ersten und den zweiten Abschnitt des separaten Stromkreises 6a und 6b ist nicht mehr notwendig und durch ein Reduzieren der Einsen des Bitmusters 11, welche durch einen High-Pegel des Signals 11 gekennzeichnet sind, kann eine weitere Energieeinsparung erreicht werden. Beispielsweise würden zwei Impulse innerhalb eines sich im Signal 11 immer wiederholenden Signalmusters für eine sichere Erkennung des Zustandes des Steckers 4 ausreichen. Außerdem reduziert ein derartiges Bitmuster 11 auch die thermische Belastung innerhalb der zugehörigen Elektronik.
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Da ein Schluss beziehungsweise Kurzschluss gegen ein Massepotential GND oder eine Betriebsspannung zu einem von einem Bitmuster 11 abweichenden Signal führt, ist es erfindungsgemäß möglich auch derartige Fehler zu detektieren.
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Wie im Beispiel beschrieben, wird die Erkennung des ordnungsgemäßen Anschlusses des Steckers 4 an einer entsprechenden Buchse einer Hochvolt-Komponente 2 durch eine Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 realisiert, welche in der Hochvolt-Komponente 2 direkt angeordnet ist. Eine Überwachung durch eine separate im Fahrzeug anzuordnende Kontroll-Logik kann somit entfallen.
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Vorgesehen ist es auch, dass die von der Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit 9 erkannten Zustände über einen im Fahrzeug bereits vorhandenen Fahrzeug-Kommunikationsbus zu einer zentralen Steuereinheit wie einem Steuergerät übertragen werden. Somit werden der zentralen Steuereinheit die Zustände jeder Hochvolt-Komponente 2 gemeldet. Als ein derartiger Fahrzeug-Kommunikationsbus können übliche Systeme wie beispielsweise ein LIN-Bus (Local Interconnect Network) oder ein CAN-Bus (Controller Area Network) zum Einsatz kommen.
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Die 6 zeigt einen Ablaufplan für das Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Sicherheitsverriegelung, wobei die im folgenden Text genannten Bezugszeichen im Bereich von 1 bis 19 aus den 1 bis 5 in der 6 nicht dargestellt sind. Das Verfahren beginnt mit seinem Start im Schritt 20. Von einer Signalerzeugungs- und Auswertungseinheit 9, welche ein Mikroprozessor sein kann, wird im Schritt 21 ein sich in seinem zeitlichen Verlauf veränderndes Signal erzeugt, welches beispielsweise ein Bitmuster 11 ist und über den Ausgang 10 ausgegeben wird.
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Nachfolgend wird im Schritt 22 eine erste Prüfung vorgenommen, ob das Bitmuster 11 von dem ersten Signaleingang 12 der Signalerzeugungs- und Auswertungseinheit 9 empfangen wird. Diese Prüfung ergibt ein positives Ergebnis für den Fall, dass das Bitmuster 11 beispielsweise vom Ausgang 10 über den ersten Abschnitt 6a des separaten Stromkreises, die Drahtbrücke 5 und den zweiten Abschnitt 6b des separaten Stromkreises zum ersten Signaleingang 12 übertragen wird. Hierbei ist es auch möglich, dass diese Übertragung über einen ersten Pegelumsetzer 13 und einen dritten Pegelumsetzer 16 erfolgt und/oder dass das Bitmuster 11 in seinem Signalpegel invertiert empfangen wird.
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Bei einem positiven Ergebnis dieser ersten Prüfung 22 wird das Verfahren im Schritt 23 mit einer zweiten Prüfung des Empfangs des Bitmuster 11 am zweiten Signaleingang 15 und einem Vergleich der an den Eingängen 12 und 15 empfangenen Bitmuster 11 fortgesetzt.
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Bei einer Übereinstimmung der Bitmuster 11 wird eine ordnungsgemäß geschlossene Verbindung des Steckers 4 erkannt und ein entsprechendes positives Signal, wie beispielsweise „Steckverbindung geschlossen“, von der Signalerzeugungs- und Auswertungseinheit 9 im Schritt 24 erzeugt und ausgegeben. Das Verfahren endet somit im Schritt 25.
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Für den Fall, dass keine Übereinstimmung der Bitmuster 11 bei der zweiten Prüfung im Schritt 23 festgestellt wird, wird keine ordnungsgemäß geschlossene Verbindung des Steckers 4 erkannt und ein entsprechendes negatives Signal, wie beispielsweise „Steckverbindung offen“, von der Signalerzeugungs- und Auswertungseinheit 9 im Schritt 30 erzeugt und ausgegeben. Auch in diesem Fall endet das Verfahren im Schritt 25.
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Für den Fall, dass bei der ersten Prüfung im Schritt 22 festgestellt wird, dass das Bitmuster 11 nicht vom ersten Signaleingang 12 der Signalerzeugungs- und Auswertungseinheit 9 empfangen wird, so wird das Verfahren im Schritt 26 mit einer Prüfung des Spannungspegels am ersten Signaleingang 12 fortgesetzt.
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Wird bei dieser Prüfung 26 ein High-Pegel des Signals, beispielsweise im Bereich einer Betriebsspannung von 12 Volt, festgestellt, so wird der erste Zustand 27 detektiert, welcher einen Kurzschluss zur Betriebsspannung anzeigt.
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Wird bei dieser Prüfung 26 ein Low-Pegel des Signals, beispielsweise im Bereich einer Masse GND, festgestellt, so wird der Zustand 28 detektiert, welcher einen Kurzschluss gegen Masse GND anzeigt.
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In beiden Fällen wird im nachfolgenden Schritt 29 mindestens ein Fehlersignal ausgegeben bevor das Verfahren im Schritt 25 endet. Neben der Ausgabe des Fehlersignals kann im Schritt 29 auch der entsprechende erste Zustand 27 oder zweite Zustand 28 mit ausgegeben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung zur Überwachung einer Sicherheitsverriegelung nach Stand der Technik
- 2
- Hochvolt-Komponente / Inverter
- 3
- Hochspannungsleitung
- 4
- Stecker beziehungsweise Steckverbindung
- 5
- Drahtbrücke
- 6
- separater Stromkreis
- 6a, 6b
- Abschnitte des separaten Stromkreises (interlook loop)
- 7
- Auswerteeinheit
- 8
- Anordnung zur Überwachung einer Sicherheitsverriegelung nach der vorliegenden Erfindung
- 9
- Signalerzeugungs- und Auswerteeinheit / Mikroprozessor
- 10
- Ausgang
- 11
- Signal / Bitmuster
- 12
- erster Signaleingang
- 13
- erster Pegelumsetzer
- 14
- zweiter Pegelumsetzer
- 15
- zweiter Signaleingang
- 16
- dritter Pegelumsetzer
- 17
- erster Anschluss
- 18
- zweiter Anschluss
- 19
- Schutzschaltung
- 20
- Start
- 21
- Erzeugung Bitmuster
- 22
- erste Prüfung
- 23
- zweite Prüfung
- 24
- Signalerzeugung „Stecker verbunden“
- 25
- Ende
- 26
- Pegelprüfung
- 27
- erster Zustand
- 28
- zweiter Zustand
- 29
- Ausgabe Fehlersignal
- 30
- Signalerzeugung „Stecker offen“
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7557460 B2 [0016, 0021]
- US 10139443 B2 [0019]
