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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Verbauposition eines umfeldüberwachenden, durch Reflektion an zu detektierenden Objekten messenden Umfeldsensors, insbesondere Radarsensors oder Lidarsensors, in einem Kraftfahrzeug. Daneben betrifft die Erfindung eine Recheneinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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Umfeldsensoren sind in modernen Kraftfahrzeugen, hier neben Bodenfahrzeugen (Automobilen) auch Seefahrzeugen und/oder Luftfahrzeugen, gängig, um Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs zu sammeln. Insbesondere werden dabei häufig Umfeldsensoren verwendet, deren physikalisches Messprinzip auf einer Reflektion eines ausgesendeten Sendesignals an einem Objekt und dem Vermessen des reflektierten Empfangssignals beruht. Klassische Beispiele für derartige Sensoren sind Radarsensoren und Lidarsensoren sowie auch Infrarot-Kameras mit eigener Bleuchtung (PMDs).
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Damit die entsprechenden Umfeldsensoren ihrer Aufgabe, Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs verlässlich zu detektieren, gerecht werden können, ist ihrer Positionierung, also der Bestimmung der Verbauposition, umfassend die Verbaulage in der Position und die Verbauorientierung, hohe Aufmerksamkeit zu schenken. Dabei werden derartige Umfeldsensoren üblicherweise an Komponenten des Kraftfahrzeugs verbaut, konkret an deren Oberflächen, sodass sich ein bestimmter Erfassungsbereich ergibt. Wichtig ist es, die Verbauposition so zu wählen, dass eine maximale Objekterkennungsverlässlichkeit gegeben ist. Dabei ist es zur Planung bzw. zum Design von Kraftfahrzeugen besonders wichtig, möglichst früh im Entwicklungsprozess geeignete Verbaupositionen bestimmen zu können.
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Bekannt ist es in diesem Kontext, mittels Hochfrequenz-Vollwellensimulation das sogenannte Rückstrahlverhalten, beispielsweise in Form des RCS (Radar Cross Section bzw. Radarquerschnittsfläche), zu berechnen. Dabei kann beispielsweise ein Flächenintegral der Strombeläge aus der elektromagnetischen Anregung ermittelt werden, wobei es auch möglich ist, Raytracing zu verwenden, bei dem ein quasi-optischer virtueller Strahl verfolgt wird, wie er auf das Objekt trifft, reflektiert und gegebenenfalls zum Empfänger zurückkehrt. Hieraus können beispielsweise in konkreter Ausgestaltung RCS-Werte bestimmt werden. Allerdings sind derartige Hochfrequenz-Vollwellensimulationen äußerst aufwendig, sodass beispielsweise eine Beurteilung einer Verbauposition je nach Granularität des Objektes und der Genauigkeit der Rechnung mehrere Tage andauern kann.
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DE 10 2011 010 861 A1 betrifft ein Verfahren zur Optimierung von Radomen für einen Kraftfahrzeug-Radarsensor. Dabei wird vorgeschlagen, ein Analyseverfahren zur qualitativen und quantitativen Analyse hinsichtlich eines radarfrequenzabhängigen Transmissions- und/oder Reflektionsverhalten einer Vielzahl von Lackbestandteilen und Kunststoffbestandteilen aus einer Gruppe von Lackbestandteilen und Kunststoffbestandteilen zur Herstellung radombildender Kraftfahrzeugbauteile, die aus Lack- und Kunststoffschichten bestehen, auszuführen. Danach wird ein Simulationsverfahren zur Erstellung eines Modells für ein Radom unter Verwendung der Analyseergebnisse der Lack- und Kunststoffbestandteile ausgeführt und ein hinsichtlich des radarfrequenzabhängigen Transmissionsverhalten optimiertes Radommodell ausgewählt. Mithin geht es dort um konstruktive und mechanische Einbauten von Radomen vor einem Radarsensor, um Reflektionen zu vermeiden.
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DE 10 2004 058 703 A1 offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Anordnung von Sensoren an einem Kraftfahrzeug. Dort sollen die Sichtfelder der optischen Sensoren Überlappungsflächen zum Erfassen von Hindernissen bilden. Ein kritischer Erfassungsbereich der Anordnung wird mit einem virtuellen Gitter versehen, auf dessen Zellen die jeweiligen Sichtfelder der Sensoren abgebildet werden. Das Gitter wird zum Erstellen einer Zielfunktion herangezogen, in die wenigstens eine vorformulierte Bedingung zum bestmöglichen Auflösen der Hindernisse eingeht und die zum Bestimmen einer Anordnung der Sensoren optimiert wird. Dort sollen Überlappungsbereiche und Wirkbereiche von Sensoren optimiert werden.
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DE 10 2016 200 806 A1 betrifft einen Adapter zum Aufsetzen eines Lasermessgeräts auf eine gekrümmte Oberfläche und ein Verfahren zum Einbauen eines Sensors an einer gekrümmten Oberfläche. Der Adapter weist eine erste Seite mit einer Aufnahme, die eingerichtet ist, das Lasermessgerät aufzunehmen, und eine zweite, der ersten Seite entgegengesetzte Seite auf, die eine ringförmige Auflage für die gekrümmte Oberfläche umfasst. Bei einem Verfahren zum Einbauen eines Sensors an einem Einbauort auf einem gekrümmten Abschnitt einer Außenfläche eines Fahrzeugs, wobei eine Messachse des eingebauten Sensors durch die Normale der Außenfläche am Einbauort gegeben ist, wird das Fahrzeug vor einer Wand abgestellt, es wird ein möglicher Einbauort auf der Außenfläche ausgewählt und es werden Bezugspunkte auf der Wand ermittelt. Unter Verwendung der ermittelten Bezugspunkte wird ein Gierwinkel und/oder ein Nickwinkel bestimmt, wobei die Winkel mit vorgegebenen Winkeln verglichen werden und, falls zumindest ein Winkel um mehr als eine vorgegebene Toleranz von dem jeweiligen vorgegebenen Winkel abweicht, wird das Verfahren für einen neuen möglichen Einbauort wiederholt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfach umsetzbares und schnell durchführbares Verfahren zum Auffinden geeigneter Verbaupositionen für Umfeldsensoren an einem Kraftfahrzeug anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe umfasst ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen eines geometrischen ersten Modells wenigstens einer Komponente des Kraftfahrzeugs, an der der Umfeldsensor verbaut werden soll,
- - Bereitstellen eines geometrischen zweiten Modells in wenigstens einer Detektionsposition relativ zu dem ersten geometrischen Modell in einem Berechnungsraum, wobei das zweite Modell eine Oberfläche eines zu detektierenden Objekts beschreibt,
- - für mehrere Test-Verbaupositionen des Umfeldsensors an dem ersten Modell in dem Berechnungsraum, Ermittlung einer eine Flächenausrichtung, die ein maximales Sensorsignal des Umfeldsensors in der Test-Verbauposition ermöglicht, beschreibenden Sichtnormale des Umfeldsensors für wenigstens einen Oberflächenabschnitt des zweiten Modells in Abhängigkeit der Test-Verbauposition und Ermittlung einer Bewertungsinformation für den Oberflächenabschnitt in Abhängigkeit eines Vergleichs der Oberflächennormalen des Oberflächenabschnitts mit der Sichtnormalen,
- - Anzeige der Bewertungsinformation und/oder Bewertung der Test-Verbaupositionen anhand ihrer Bewertungsinformation durch Ermittlung eines Bewertungswertes für jede Test-Verbauposition.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird, wie für derartige Verbauaufgaben üblich, der Begriff „Position“ als Zusammenfassung für die eigentliche Position (z.B. kartesische Koordinaten x, y, z) und die Orientierung (Winkelstellung) verwendet. Das bedeutet, eine Verbauposition definiert sowohl den genauen Verbauort als auch die Verbauorientierung, in der der Umfeldsensor verbaut ist. Entsprechendes gilt für die Detektionsposition, die die relative Position und Orientierung des zweiten Modells zum ersten Modell im virtuellen Berechnungsraum, mithin eines gedachten virtuellen Objekts zu der virtuellen Komponente des Kraftfahrzeugs und somit dem definiert an dieser Komponente verbauten Umfeldsensor angibt. Das Verfahren wird, insbesondere hinsichtlich Berechnungen in dem Berechnungsraum, wenigstens teilweise, bevorzugt vollständig, von einer Recheneinrichtung ausgeführt. Das bedeutet, das erste Modell, das zweite Modell und der Berechnungsraum sind als als Berechnungsmittel genutzte Datenkonstrukte zu verstehen.
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Für Umfeldsensoren, die durch Reflektion an zu detektierenden Objekten messen, gibt es im Wesentlichen zwei Ausgestaltungen des Umfeldsensors, nämlich eine Ausgestaltung für ein monostatisches Messverfahren und eine Ausgestaltung für ein bistatisches (oder allgemein multistatisches) Messverfahren. Bei monostatischen Messverfahren befinden sich Sender und Empfänger am gleichen Ort, sodass Objektreflektionen für eine optimale Detektierbarkeit in die Eintreffrichtung zurück erfolgen müssen, sodass die Sicht-normale entlang der Senderichtung des Sendesignals des (virtuellen) Umfeldsensors zu wählen ist. Beim bistatischen Messverfahren befinden sich Sender und Empfänger des Umfeldsensors an unterschiedlichen Orten, sodass Objektreflektionen mit der höchsten Detektierungsverlässlichkeit zur Abstandsnormalen von Sender und Empfänger perpendikular erfolgen müssen, mithin diese Abstandsnormale mittig zwischen den Komponenten Sender und Empfänger die Sichtnormale bildet. Eine optimal detektierbare Oberfläche muss senkrecht zu den jeweiligen Sichtnormalen verlaufen.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass je nach Art des Messbetriebs des Umfeldsensors auch eine Sichtnormalenverteilung bzw. ein Feld von Sichtnormalen, das den Erfassungsbereich des Umfeldsensors abdeckt, ermittelt werden kann. Sendet beispielsweise der Umfeldsensor das Sendesignal gleichzeitig in einem fächer- und/oder kegelartigen Erfassungsbereich ab, existiert üblicherweise eine Hauptmessrichtung, die bei monostatischen Verfahren die zentrale Sichtnormale bildet, wobei die Sichtnormalen abseits von der Hauptmessrichtung leicht verkippt sind. Mehrere Sichtnormalen können auch bei einem scannenden Umfeldsensor, der in zeitlicher Abfolge in unterschiedlichen Richtungen das Messsignal abstrahlt, ermittelt werden, wiederum beispielsweise als eine Sichtnormalenverteilung und/oder ein Feld von Sichtnormalen, wobei die Auflösung in Abhängigkeit der zu betrachtenden Oberflächenabschnitte und deren Größe gewählt werden kann.
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Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, eine geometrische Betrachtung vorzunehmen, indem überprüft wird, in wieweit Oberflächennormalen am virtuellen zu detektierenden Objekt, beschrieben durch das zweite Modell, in bestimmten Detektionspositionen den Sichtnormalen entsprechen, was beschreibt, wie gut das virtuelle zu detektierende Objekt durch den Umfeldsensor detektiert würde. Auf diese Weise ist eine schnelle und effiziente Auswahl einer Verbauposition eines Radar- oder Lidarsensors zur bestmöglichen Erfassung von Objekten im Erfassungsbereich möglich, ohne dass eine aufwändige Hochfrequenzsimulation durchgeführt werden muss. Mittels eines Flächenausrichtungsvergleiches lassen sich die Oberflächenanteile auffinden, die bei Anregung in besonderem Maße zu einer Reflektion und damit Erkennung beitragen. Denn sowohl die optische Anzeige der Bewertungsinformation, beispielsweise, wie noch näher dargelegt werden wird, in Form einer farbcodierten Oberflächenwiedergabe, wie auch der Bewertungswert ermöglichen es, aus mehreren Test-Verbaupositionen eine am besten geeignete Verbauposition auszuwählen.
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Dabei kann das erfindungsgemäße Vorgehen universell für beliebige, zu erkennenden Objekte und/oder Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Auch ist ein Einsatz über bodengebundene Kraftfahrzeuge, also insbesondere Automobile, hinaus auch für Schiffe und/oder Flugzeuge, allgemein See- und/oder Luftfahrzeuge, denkbar.
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Mit besonderem Vorteil kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgenutzt werden, dass in einer sehr frühen Entwicklungsphase eines Kraftfahrzeugs zur Auswahl von Verbaupositionen von Umfeldsensoren häufig CAD-Programme (Computer-Aided-Design) genutzt werden. Das bedeutet aber, dass zum einen das Kraftfahrzeug und seine Komponenten bereits als entsprechend geeignete erste Modelle in der CAD-Software verfügbar sind. Nachdem häufig auch sonstige Objekte, vorliegend also zu detektierende Objekte, in der CAD-Software als Modelle zur Verfügung stehen oder auf einfache Art und Weise eingeführt werden können, sieht eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass der Berechnungsraum durch eine CAD-Software bereitgestellt wird.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ermittlung der Oberflächennormalen des wenigstens einen Oberflächenabschnitts und/oder der Vergleich mit der Sichtnormalen unter Verwendung einer Entformungsanalyse-Funktion der CAD-Software erfolgt. Die Entformungsanalyse ist im Stand der Technik bereits bekannt, um bei der Verwendung von Spritzgusswerkzeugen eingesetzt zu werden, damit ein Werkstück nach dem Spritzvorgang aus dem Spritzgusswerkzeug herausfallen kann. Sind die Oberflächen nicht korrekt angeordnet, lässt sich das Werkstück nicht (zerstörungsfrei) aus der Form des Spritzgusswerkzeugs entfernen. Falsch verlaufende Oberflächen können dabei sogar verhindern, dass das Werkstück überhaupt gefertigt werden kann. Beispiele für solche Problematiken sind durch Hinterschnitte und dergleichen gegeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschlagen, eine ohnehin in CAD-Software häufig vorgesehene Funktion, nämlich die Entformungsanalyse-Funktion, auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung heranzuziehen, indem am zu detektierenden Objekt, repräsentiert durch das zweite Modell, nach Oberflächenanteilen, also Flächenelementen, gesucht wird, deren Oberflächennormale der Sichtnormalen des Umfeldsensors entspricht bzw. nur wenig von dieser abweicht, wofür entsprechende Toleranzbereiche definiert werden können, wie im Folgenden noch genauer dargelegt werden wird.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass zur Anzeige der Bewertungsinformation eine insbesondere gerenderte Darstellung des zweiten Modells erzeugt wird, wobei die bewerteten Oberflächenanteile gemäß ihrer Bewertungsinformation unterschiedlich angezeigt, insbesondere unterschiedlich eingefärbt, werden. Beispielsweise kann eine Einfärbung nach Winkelbereichen, in denen eine beim Vergleich festgestellte Abweichung der Flächennormale von der Sichtnormalen liegt, mit unterschiedlichen Farben eingefärbt werden. Beispielsweise kann eine gründe Farbgebung in einem Abweichungswinkelbereich von +/- 5°, eine gelbe Einfärbung im Abweichungswinkelbereich +/- 5° bis +/- 10° und eine pinke Einfärbung im Abweichungswinkelbereich +/- 10° bis +/- 15° herangezogen werden, wobei alle Abweichungswinkelbereiche größer +/- 15° rot als Ausscheidungsflächen markiert werden können. Auf diese Weise kann ein Betrachter sehr schnell erkennen, welche Oberflächenbereiche des zu detektierenden Objekts überhaupt für eine Detektion, konkret also beispielsweise monostatische oder bistatische Reflektionen, in Frage kommen. In anderen Worten kann eine Einfärbung anhand von festgelegten Abweichungswinkelintervallen der im Vergleich festgestellten Abweichungswinkel erfolgen.
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In Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Bewertungsinformation Abweichungsbereiche, insbesondere die Detektionsfähigkeit des Umfeldsensors bei Abweichungen beschreibende Toleranzbereiche, denen jeweils ein Wert der Bewertungsinformation zugeordnet ist, verwendet werden, wobei überprüft wird, ob eine beim Vergleich festgestellte Abweichung innerhalb eines Abweichungsbereichs liegt. Dabei kann die Abweichung insbesondere als ein Abweichungswinkel ermittelt werden, wie bereits dargelegt. Beispielsweise ist für viele Umfeldsensoren bekannt, in welchem Maße noch eine sinnvolle Restreflektion bei Abweichung der Oberflächennormalen von der Sichtnormalen vorliegt, was gegebenenfalls auch durch Experimente überprüft oder festgestellt werden kann. Hierdurch ergeben sich bestimmte Toleranz- bzw. Verlässlichkeitsbereiche, wobei beispielsweise bei einem Radarsensor in einem Abweichungswinkelbereich von +/- 5° noch von sehr guter Reflektion ausgegangen werden kann, in einem Abweichungswinkelbereich von +/- 10° von akzeptabler Reflektion, in einem Abweichungswinkelbereich von +/- 15° von schlechter Reflektion und bei größeren Abweichungswinkeln von keiner sinnvoll messbaren Reflektion mehr. Beispielsweise können den einzelnen Abweichungswinkelbereichen, beispielsweise als 0-5°, 5-10°, 10-15° und >15° entsprechende Wertzahlen zugeordnet werden, die dann insbesondere auch in entsprechende Farben bei einer Einfärbung der Darstellung umgesetzt werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Größe der Oberflächenabschnitte, zu denen eine Bewertungsinformation ermittelt wurde, anhand der Bewertungsinformation gewichtet zum Erhalt eines Flächenintegrals als wenigstens ein Teil des Bewertungswerts aufsummiert wird. Beispielsweise im Fall von Abweichungsbereichen, denen jeweils ein Wert der Bewertungsinformation (sowie gegebenenfalls eine Farbe) zugeordnet ist, kann dieser Wert der Bewertungsinformation zur Gewichtung für den entsprechenden Oberflächenabschnitt herangezogen werden. Im Falle einer Darstellung mit Einfärbung kann also beispielsweise gesagt werden, dass die Flächenelemente bzw. Oberflächenabschnitte der verschiedenen Farben aufsummiert werden, wobei eine Gewichtungsinformation je nach Wert der Bewertungsinformation bzw. Farbe angewendet wird. Zweckmäßigerweise kann in diesem Kontext vorgesehen sein, dass das Flächenintegral auf eine Gesamtoberfläche des durch das zweite Modell beschriebenen Objekts normiert wird. Ferner ist es denkbar, wie in der Elektrotechnik üblich, dieses normierte Maß, dass den Bewertungswert bildet, als logarithmisches Maß anzugeben, mithin als Flächenmaß der Erkennung in dB, oder aber als Erkennungswahrscheinlichkeit in Prozent. Auf diese Weise wird ein Vergleich unterschiedlicher Verbaupositionen an oder im Kraftfahrzeug erleichtert und insbesondere, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, auch die Definition einer Zielfunktion für eine automatische optimierte Verbaupositionenfindung vereinfacht ermöglicht.
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Mit besonderem Vorteil sieht eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass eine optimale Verbauposition in einem die Test-Verbauposition variierenden, den Bewertungswert maximierenden Optimierungsverfahren ermittelt wird. Mit anderen Worten wird ein Optimierungsalgorithmus verwendet, der darauf abzielt, den Bewertungswert zu maximieren, mithin eine hinsichtlich der Detektionsfähigkeit des Umfeldsensors optimierte Verbauposition aufzufinden. Entsprechend wird zur Suche der besten Detektionsperformance der Umfeldsensor virtuell in seiner Verbauposition verkippt und/oder verschoben und/oder verdreht. Je nach Formgebung des zu detektierenden Objektes, beschrieben durch das zweite Modell, kann durch eine derartige Variation der Verbauposition auch eine Variation der Detektionsrate, mithin auch des Bewertungswertes erzielt werden. Beispielsweise können bestimmte Oberflächenabschnitte mit guter Detektionsperformance hinzukommen, wofür gegebenenfalls andere im Detektionsbeitrag wegfallen bzw. weniger liefern. Dabei sei darauf hingewiesen, dass auch die Höhe des Umfeldsensors relativ zum zu detektierenden Objekt große Detektionsunterschiede mit sich bringen kann. Es entsteht somit eine klassische Optimierungsaufgabe, die beste Verbauposition in mehreren Achsen und Koordinaten für die Erkennung von Objekten aufzufinden. Dabei kann in einer konkreten Ausgestaltung die Zielfunktion des Optimierungsverfahrens so formuliert werden, dass der als gewichtetes Flächenintegral oder unter Nutzung eines oder mehrerer solcher Flächenintegrale bestimmte Bewertungswert maximiert wird. Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, den Bewertungswert bei Bedarf zu logarithmieren oder als Prozentwert anzugeben, wie bereits dargelegt wurde, insbesondere nach einer Normierung. Allgemein gesagt ist es also das Ziel des hier beschriebenen Optimierungsverfahrens, ein Maximum von Reflektionsflächen bei Veränderung der Rotation, Verkippung und Verschiebung, insgesamt also Verbauposition, des Umfeldsensors, aufzufinden.
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Die Positionierung des zweiten Modells in der Detektionsposition relativ zum ersten Modell kann bevorzugt automatisch, beispielsweise anhand von an realen physikalischen Gegebenheiten orientierten Vorgaben, erfolgen, ist aber auch manuell grundsätzlich denkbar. Bei automatischen Vorgaben können insbesondere auch ganze Relativtrajektorien, also aufeinanderfolgende Detektionspositionen, für auf bestimmte zu detektierende Objekte bezogene zweite Modelle festgelegt werden, beispielsweise, wenn es um einen durch das zweite Modell dargestellten weiteren Verkehrsteilnehmer als zu detektierendes Objekt geht, insbesondere ein überholendes und/oder überholtes Kraftfahrzeug und dergleichen. Neben anderen Verkehrsteilnehmern können, wenn die Funktionalität des Umfeldsensors darauf abzielen soll, selbstverständlich auch andere zu detektierende Objekte als weitere Verkehrsteilnehmer herangezogen werden, beispielsweise auch statische Hindernisse wie Bäume, Häuser, Mauern, Leitplanken und dergleichen.
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Bei einer manuellen Positionierung des zweiten Modells im Berechnungsraum kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass der Erfassungsbereich des Umfeldsensors in wenigstens einer Test-Verbauposition in eine Darstellung des Berechnungsraums eingeblendet wird. Insbesondere bei Verwendung einer CAD-Software kann mithin vorgesehen sein, die Sichtkegel, mithin Erfassungsbereiche, des Umfeldsensors zu einer aktuellen Verbauposition des Umfeldsensors einzublenden, sodass das zu erkennende Objekt, modelliert durch das zweite Modell, in dem Erfassungsbereich positioniert werden kann. CAD-Software bietet auch hier geeignete Funktionen, um den Erfassungsbereich zu definieren und einzublenden. Dabei kann es in diesem Zusammenhang auch zweckmäßig sein, wenn ein kumulierter Erfassungsbereich für eine Gruppe von Verbaupositionen und/oder einen Verbaupositionsbereich ermittelt und zur manuellen und/oder automatischen Positionierung des zweiten Modells im Berechnungsraum verwendet wird. Beispielsweise dann, wenn in einem Optimierungsverfahren Verbaupositionen in einem bestimmten Verbaupositionenbereich oder in einer bestimmten Gruppe von Verbaupositionen untersucht werden sollen, kann es zweckmäßig sein, einen kumulierten Erfassungsbereich zu betrachten.
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Zweckmäßigerweise kann die Sichtnormale als die wenigstens eine Oberflächennormale eine Frontfläche eines Modells des Umfeldsensors und/oder eines der Oberfläche des Umfeldsensors in der Verbauposition entsprechenden Oberflächenanteils des ersten Modells bestimmt werden. Beispielsweise ist es in einer CAD-Software problemlos möglich, Normalen auf Flächen zu bestimmen, insbesondere als eine zentrale Sichtnormale, beispielsweise bei einer kegelartigen Abstrahlung des Sendesignals. In der CAD-Software kann hierbeispielsweise eine entsprechende Funktion bereitgestellt werden, die auf Anwählen der Frontfläche des (virtuellen) Umfeldsensors bzw. der der Verbauposition entsprechenden Teilfläche des ersten Modell, welche beispielsweise farblich markiert sein kann, die Sichtnormale bereitstellt.
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Mit besonderem Vorteil kann dem ersten Modell eine ortsaufgelöste Baurauminformation zugeordnet sein, die den verfügbaren Bauraum an der Komponente beschreibt, wobei die Baurauminformation bei der Bewertung, insbesondere in dem Optimierungsverfahren, als weiteres Bewertungskriterium verwendet wird. Nicht immer existieren an Komponenten des Kraftfahrzeugs an verschiedenen Stellen die gleichen verfügbaren Bauräume für einen Umfeldsensor, sodass, insbesondere im Rahmen eines Optimierungsverfahrens, auch eine Optimierung hinsichtlich des Bauraums stattfinden kann, sofern in dem entsprechenden Optimierungsalgorithmus eine Baurauminformation verfügbar ist, insbesondere zugeordnet verschiedenen Bereichen des ersten Modells, die als Verbaupositionen in Frage kommen. Dabei kann dann als Optimierungsaufgabe, mithin als Zielfunktion, formuliert werden, nicht nur die optimale Verbauposition aufzufinden, sondern auch den Bauraum bestmöglich auszunutzen. Hierfür können auch entsprechende Gewichtungen angesetzt werden.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Ermittlung der Bewertungsinformation für unterschiedliche Detektionspositionen und/oder zweite Modelle, wobei bei der Bewertung einer Test-Verbauposition eine unterschiedliche Gewichtung der Bewertungsinformationen und/oder Bewertungswerte für unterschiedliche Detektionspositionen und/oder zweite Modelle erfolgt. Es kann mithin zum einen vorgesehen sein, die Erkennung von unterschiedlichen Objekten, abgebildet als unterschiedliche zweite Modelle, unterschiedlich gewichtet in eine Gesamtbewertung zur Auswahl einer optimalen Verbauposition eingehen zu lassen, insbesondere im Rahmen eines Optimierungsverfahrens. Beispielsweise soll ein Radarsensor als Umfeldsensor vorzugsweise andere Fahrzeuge erkennen, muss aber nicht zwangsläufig - je nach Funktionsanforderung - Fußgänger detektieren. Ein Lidarsensor wiederum soll beispielsweise primär Fußgänger und kleine Hindernisse erkennen. Dem kann durch Gewichtung der durch die zweiten Modelle beschriebenen, zu detektierenden Objekte Rechnung getragen werden. Doch auch die Nutzung unterschiedlicher Detektionspositionen für zu detektierende Objekte erweist sich als äußerst zweckmäßig. Soll beispielsweise ein anderes Fahrzeug hinsichtlich der Detektierbarkeit in einer Test-Verbauposition überprüft und bewertet werden, kann das Fahrzeug mit dem Fahrzeugheck, der Fahrzeugseite, der Fahrzeugfron und dergleichen in verschiedene Detektionsposition zum ersten Modell angesetzt werden, um die Detektierbarkeit in unterschiedlichen Detektionspositionen bewerten zu können, die sich insbesondere an der physikalischen Realität orientieren, also tatsächlich auftretenden Verkehrssituationen. Auch hier kann gegebenenfalls eine Gewichtung stattfinden. Insbesondere kann, wie bereits dargelegt, eine vorgegebene Menge an zweiten Modellen, Detektionspositionen sowie gegebenenfalls auch Detektionstrajektorien festgelegt werden. Dabei sei darauf hingewiesen, dass eine Detektionstrajektorie, mithin eine Abfolge zu verwendender Detektionspositionen, beispielsweise auch eine Rotation des durch das zweite Modell beschriebenen Objekts zu dem Kraftfahrzeug, mithin dem ersten Modell, beschreiben kann.
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Wie bereits dargelegt wurde, kann ein zur monostatischen Messung oder ein zur bistatischen Messung ausgebildeter Umfeldsensor betrachtet werden. Wird ein bistatischer oder sogar multistatischer Umfeldsensor für die Detektion verwendet, so sind entsprechend die Sichtnormalen heranzuziehen, die für eine bi- oder multistatische Objekterkennung des Umfeldsensors notwendig sind. Mithin kann das Verfahren universell mono-, bi- oder multistatische Objekterkennungsmethoden bewerten.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Recheneinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Recheneinrichtung weist hierfür zweckmäßigerweise wenigstens einen Prozessor und wenigstens ein Speichermittel auf. Beispielsweise kann in dem Speichermittel eine CAD-Software abgelegt sein, welche mittels des Prozessors ausgeführt wird, um zumindest Teilschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens umzusetzen. Entsprechende Funktionseinheiten können zur Umsetzung der einzelnen Schritte eingesetzt werden. Die Recheneinrichtung kann Teil eines Entwicklungssystems für Kraftfahrzeuge, insbesondere eines Designsystems, sein, welches beispielsweise in einer frühen Entwicklungsphase eingesetzt werden kann. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Recheneinrichtung übertragen, mit welcher mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist beispielsweise in ein Speichermittel einer Recheneinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf der Recheneinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin elektronische Steuerinformationen umfasst, die zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und so ausgestaltet sind, dass bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinrichtung die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden. Bei dem erfindungsgemäßes elektronisch lesbaren Datenträger kann es sich insbesondere um einen nichttransienten Datenträger, beispielsweise eine CD-ROM, handeln.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Skizze zum monostatischen Messverfahren,
- 2 eine Skizze zum bistatischen Messverfahren,
- 3 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 eine erste eingefärbte Darstellung eines zweiten Modells,
- 5 eine zweite eingefärbte Darstellung eines zweiten Modells,
- 6 eine dritte eingefärbte Darstellung eines zweiten Modells, und
- 7 eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung.
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1 erläutert in einer schematischen Skizze die Sichtnormale beim monostatischen Messverfahren mit einem hier nur angedeuteten Umfeldsensor 1 und einem angedeuteten zu detektierenden Objekt 2. Bei dem Umfeldsensor kann es sich beispielsweise um einen Radarsensor oder einen Lidarsensor handeln. Von dem Umfeldsensor 1 ausgesendete Sendesignale 3, 4 treffen auf die Oberfläche des Objekts 2 und werden dort insbesondere nach der Regel „Einfallswinkel = Ausfallswinkel“ reflektiert. Es entstehen entsprechende reflektierte Signale gemäß den Pfeilen 5, 6. Nachdem sich im vorliegenden Fall sowohl der Sender als auch der Empfänger des Umfeldsensors 1 am selben Ort befinden, werden die in die selbe Richtung zurückreflektierten Signale (Pfeil 5) des Oberflächenabschnitts 7 vom Umfeldsensor 1 empfangen, sodass dort eine Reflektion gemessen werden kann. Die reflektierten Signale gemäß der Zeile 6 werden jedoch nicht mehr empfangen. Die Sicht-normale 8 (gestrichelt angedeutet) entspricht hier der Richtung des Sendesignals. Stimmt sie mit der Oberflächennormalen des Oberflächenabschnitts 7 überein, tritt die entsprechende Rückreflektion auf. Dabei ist selbstverständlich anzumerken, dass üblicherweise ein gewisser Toleranzbereich existiert, beispielsweise von +/- 5°, in dem die Oberflächennormale von der Sichtnormalen 8 abweichen kann, um noch eine gute Detektierbarkeit sicherzustellen.
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2 zeigt den Fall eines bistatischen Messverfahrens, hier mit einem zweiteiligen Umfeldsensor 1a, 1b, wobei der Teilsensor 1a den Sender, der Teilsensor 1b den Empfänger bildet. Ersichtlich weicht die Sichtnormale 8 hier von der Richtung des Sendesignals 3, das als reflektiertes Empfangssignal von dem Teilsensor 1b empfangen wird, ab, da sie sich als Winkelhalbierende zwischen dem Sendesignal 3 und dem Empfangssignal 5 darstellt. Entspricht diese der Oberflächennormalen, ist maximale Detektionsperformance gegeben.
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3 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine optimale Verbauposition für einen Umfeldsensor 1, 1a, 1b, beispielsweise ein Radarsensor oder ein Lidarsensor, an einer Komponente, beispielsweise einem Karosserieteil, eines Kraftfahrzeugs ermittelt werden soll, mithin insbesondere eine Verbauposition, das heißt Verbauposition und Verbauorientierung, in der eine möglichst gute Detektionsperformance für zu detektierende Objekte 2 gegeben ist.
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Dabei ist es letztlich nicht relevant, ob das hier beschriebene Ausführungsbeispiel für ein monostatisches Messverfahren oder ein bistatisches Messverfahren oder sogar ein multistatisches Messverfahren eingesetzt wird.
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In einem Schritt S1 wird dabei für eine bestimmte Test-Verbauposition ein Berechnungsraum definiert. Dieser ergibt sich zunächst durch ein erstes Modell der Komponente, durch das anhand der Test-Verbauposition auch ein virtueller Umfeldsensor und dessen Erfassungsbereich definiert werden, wie auch dessen bei einer kegelartigen Abstrahlung des Sendesignals gegebenen Sichtnormalenverteilung. Insbesondere innerhalb dieses Erfassungsbereichs wird nun ein zweites Modell, das die Oberfläche eines zu detektierenden Objekts 2 beschreibt, positioniert. Sowohl das zweite Modell, insbesondere anhand des zu detektierenden Objekts 2, als auch die entsprechende Detektionsposition, beispielsweise als Teil einer Folge von Detektionspositionen (Detektionstrajektorie), können vorgegeben sein, insbesondere hinsichtlich des vorgesehenen Einsatzzweckes des Umfeldsensors. Soll beispielsweise der Umfeldsensor als Radarsensor andere Kraftfahrzeuge neben dem eigenen Kraftfahrzeug detektieren, können entsprechende zweite Modelle und Detektionspositionen vorgesehen werden, beispielsweise auch eine Detektionspositionenfolge im Sinne einer Detektionstrajektorie, die abbilden soll, dass das andere Kraftfahrzeug als zu detektierendes Objekt 2 an dem eigenen Kraftfahrzeug vorbeifährt.
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Der Berechnungsraum ist vorliegend durch eine CAD-Software bereitgestellt, wie sie im Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist. Denn das hier beschriebene Ausführungsbeispiel wird zu einem frühen Zeitpunkt in der Entwicklung des Kraftfahrzeugs bereits umgesetzt, zu dem häufig ohnehin derartige CAD-Software eingesetzt wird.
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In einem Schritt S2 werden nun zunächst die Sichtnormalen 8 in der virtuellen Verbauposition des Umfeldsensors 1, 1a, 1b innerhalb des Berechnungsraums bestimmt, insbesondere je nach der Größe und Aufteilung zu betrachtender Oberflächenabschnitte 7 der durch das zweite Modell definierten virtuellen Oberfläche des zu detektierenden Objekts 2 als ein Sichtnormalenfeld bei kegelartiger Abstrahlung.
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In einem Schritt S3 wird dann eine Entformungsanalysefunktion der CAD-Software eingesetzt, um die Oberflächennormalen im im Erfassungsbereich gemäß der Verbauposition enthaltenen Anteil der virtuellen Oberfläche des zweiten Modells zu ermitteln und mit der entsprechenden Sichtnormale 8 zu vergleichen. Dabei sind verschiedene Abweichungsbereiche, vorliegend Abweichungswinkelbereiche, definiert, denen unterschiedliche Werte einer Bewertungsinformation zugeordnet sind, wobei je nachdem, in welchem Abweichungswinkelbereich der Winkel zwischen der Oberflächennormalen und der Sichtnormalen liegt, die entsprechende Bewertungsinformation dem Oberflächenabschnitt 7 zugeordnet wird. Beispielsweise können Winkelabweichungen im Bereich von +/- 5° in einem Abweichungswinkelbereich für sehr gute Detektionsfähigkeit liegen, Abweichungswinkel im Betrag zwischen 5° und 10° in einem Abweichungswinkelbereich für mittlere Reflektion und somit Detektionsfähigkeit und Abweichungswinkel im Betrag zwischen 10° und 15° in einem Bereich für schlechte Detektionsfähigkeit, während Abweichungswinkel in einem Abweichungswinkelbereich >15° (betragsmäßig) keiner sinnvoll detektierbaren Reflektion zugeordnet werden können. Den jeweiligen Abweichungswinkelbereichen bzw. Werten der Bewertungsinformation sind im Übrigen auch Farben zugeordnet, um eine erläuternde Darstellung für einen Benutzer innerhalb der CAD-Software zu erzeugen, was im Rahmen des hier dargestellten Verfahrens optional ist und im Hinblick auf die 4-6 näher erläutert werden soll.
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Die 4-6 zeigen gemäß der Bewertungsinformation eingefärbte (mit verschiedenen Schraffuren dargestellt) Oberflächenbereiche 13 zweiter Modelle eines anderen Fahrzeugs, beispielsweise einer Seitenpartie in 4, einer Heckpartie in 5 und einer Frontpartie in 6. Ein Bereich 9 ist beispielsweise grün einfärbbar für hervorragende Reflektionseigenschaften, beispielsweise also für eine Abweichung der Flächennormalen von der Sichtnormalen 8 innerhalb eines Abweichungswinkelbereichs von -5° bis +5°. Bereiche 10 können gelb eingefärbt sein, beispielsweise für eine betragsmäßige Winkelabweichung von 5 und 10°, Bereiche 11 können pink eingefärbt sein, beispielsweise für eine betragsmäßige Winkelabweichung von 10-15° und Bereiche 12 können rot eingefärbt sein, beispielsweise für eine betragsmäßige Winkelabweichung >15°. Die Bereiche 12 können mithin als Ausscheidungsflächen verstanden werden, bei denen keine nennenswerte Reflektion zu erwarten ist.
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Zurückkehrend zu 3 wird in einem Schritt S4 überprüft, ob noch für weitere Detektionspositionen des aktuellen zweiten Modells und/oder andere zweite Modelle, mithin insbesondere andere detektierbare Objekte 2, Bewertungsinformationen bestimmt werden sollen. Falls ja, wird der Berechnungsraum im Schritt S1 entsprechend angepasst und es wird wie soeben beschrieben in den Schritten S2 und S3 verfahren.
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Sind für eine Test-Verbauposition alle Bewertungsinformationen ermittelt, wird in einem Schritt S5 für diese Test-Verbauposition ein Bewertungswert aus den Bewertungsinformationen ermittelt. Hierfür werden die unterschiedlichen Abweichungswinkelbereichen zugeordneten Oberflächenabschnitte, gewichtet durch ihre entsprechende Bewertungsinformation, zu einem gewichteten Flächenintegral für jede Detektionsposition und jedes zweite Modell zusammengefasst. Diese Einzel-Bewertungswerte können noch zu einem Gesamt-Bewertungswert zusammengefasst werden, wobei unterschiedliche Detektionspositionen und/oder unterschiedliche zweite Modelle, die dann unterschiedlichen detektierbaren Objekten 2 zugeordnet sind, ebenso unterschiedlich gewichtet werden können.
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In einem Schritt S6 wird deutlich, dass die Ermittlung des Bewertungswertes für eine Test-Verbauposition in ein Optimierungsverfahren, realisiert durch einen Optimierungsalgorithmus, integriert ist, nachdem eine Zielfunktion ausgewertet wird. Diese Zielfunktion versucht, den Bewertungswert und mithin die gewichteten Flächenintegrale zu maximieren. In die Zielfunktion können jedoch auch weitere Bewertungskriterien eingehen, wenn beispielsweise verschiedenen Test-Verbaupositionen Baurauminformationen zugeordnet sind, die beispielsweise einen größeren Wert aufweisen können, je mehr Bauraum bereitsteht oder je bevorzugter der Bauraum für den Umfeldsensor ist. So können letztlich auch Bauraumeigenschaften der Komponente des Kraftfahrzeugs innerhalb der Zielfunktion berücksichtigt werden.
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In einem Schritt S7 wird überprüft, ob eine Abbruchbedingung für das Optimierungsverfahren erreicht ist, beispielsweise eine Abweichung des Wertes der Zielfunktion von dem vorherigen Wert kleiner als ein Schwellwert ist und/oder eine maximale Zahl von Optimierungsschritten durchgeführt wurden. Ist das Abbruchkriterium nicht erfüllt, wird in einem Schritt S8 die Test-Verbauposition variiert, wofür der Optimierungsalgorithmus eine entsprechende Veränderungsanweisung enthalten kann. Mit der veränderten Test-Verbauposition wird wieder mit Schritt S1 fortgefahren und es wird ein neuer Gesamt-Bewertungswert hergeleitet.
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Ist das Abbruchkriterium im Schritt S7 erfüllt, wird die aktuelle Test-Verbauposition als zu verwendende Verbauposition des Umfeldsensors 1, 1a, 1 b ausgegeben.
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In anderen Ausführungsbeispielen sind auch Variationen des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, beispielsweise teilweise manuelle Zwischenschritte und dergleichen. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, die Optimierung hinsichtlich einer geeigneten Verbauposition auch händisch durchzuführen, indem beispielsweise Verbaupositionen von Hand gewählt werden und Darstellungen wie in den 4-6 erzeugt werden, sodass ein Benutzer die Güte der einzelnen Verbaupositionen bewerten kann.
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7 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Recheneinrichtung 14, die vorliegend Teil eines Entwicklungssystems 15 für Kraftfahrzeuge ist. Die Recheneinrichtung 14 weist ein Speichermittel 16 und wenigstens einen Prozessor 17 auf. Sie ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Insbesondere kann in dem Speichermittel 16 die verwendete CAD-Software 18 genauso gespeichert sein wie Daten 19 zu verschiedenen ersten und zweiten Modellen.
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An Funktionseinheiten kann die Recheneinrichtung 14 insbesondere eine Bewertungseinheit zur Durchführung der Schritte S1-S5 und eine Optimierungseinheit zur übergeordneten Optimierung (Schritte S6, S7 und S8) aufweisen. Der Recheneinrichtung 14 sind zweckmäßiger Weise eine Anzeigevorrichtung und eine Eingabevorrichtung zugeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011010861 A1 [0005]
- DE 102004058703 A1 [0006]
- DE 102016200806 A1 [0007]
