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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren von mehreren Radarsensoren in einem Fahrzeug während der Fahrt.
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Stand der Technik
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Fahrzeuge werden zunehmend mit Radarsensoren ausgestattet, die die Umgebung des Fahrzeugs überwachen. Ein solcher Radarsensor ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 062 438 bekannt. Dieser Radarsensor misst den Lagewinkel, den Objektabstand und die Dopplerfrequenz eines Radarreflexionspunktes an einem Objekt. Aus der Dopplerfrequenz lässt sich direkt die relative Geschwindigkeit des Objektes in Bezug zum Radarsensor bestimmen. Die Bewegungsparameter der Objekte sind aus den erfassten Daten ermittelbar.
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Durch mehrere Radarsensoren in einem Fahrzeug lassen sich weitere Funktionen wie beispielsweise das Einparken insbesondere bei Dunkelheit mit den Radarsensoren durchführen.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Radarsensor in einem Fahrzeug relativ zu einem anderen Radarsensor auszurichten.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch, sowie durch einen Radarsensor gemäß dem Nebenanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Lage mindestens eines zweiten Radarsensor in Bezug zu einer bekannten ersten Lage eines ersten Radarsensors in einem Fahrzeug während einer Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit weist folgende Schritte auf, Aussenden und Empfangen von mindestens einer Radarwelle mit dem ersten und zweiten Radarsensor, Bestimmen von Lagewinkel und Dopplerfrequenz von Radarreflexionspunkten der Radarwelle, Errechnen von Polarkoordinaten der Radarreflexionspunkte, wobei der Abstand die Dopplerfrequenz und das Argument der Lagewinkel ist, wobei die Radarsensoren im Ursprung liegen, Schätzen eines Kreises je Radarsensor durch eine Vielzahl von Radarreflexionspunkten und den Ursprung, wobei sich eine Mehrheit der Radarreflexionspunkte auf dem Kreis abbilden, und Ermitteln der Lage des zweiten Radarsensors mittels der Kreise.
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In vorteilhafter Weise bilden sich die
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Radarreflexionspunkte der stationären Objekte auf einem Kreis ab, da die Dopplerfrequenz bei stationären Objekten allein von der Bewegung des Fahrzeugs und dem Lagewinkel abhängig ist. Objekte, die sich nicht auf dem Kreis abbilden, sind daher keine stationären Objekte.
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Bevorzugt kann das Schätzen der Kreise über ein Least-Square-Algorithmus oder ein RANSAC Algorithmus (random sample consensus) oder ein Circular Hough Algorithmus erfolgen.
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In vorteilhafter Weise kann die relative Bewegungsrichtung aus der bekannten Dopplerverschiebung berechnet werden. Verringert sich der Abstand zwischen Radarreflexionspunkt und Fahrzeug, so erhöht sich die Frequenz, die Dopplerfrequenz hat ein positiven Vorzeichen. Im umgedrehten Fall verringert sich die Frequenz und die Dopplerfrequenz hat ein negatives Vorzeichen. Der Lagewinkel von Radarreflexionspunkten, die eine negative Dopplerfrequenz haben, wird um 180 Grad gedreht.
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Der Abstand der Polarkoordinaten errechnet sich dann durch die Dopplerfrequenz
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Weiter bevorzugt kann ein Versatzwinkel zwischen den mindestens zwei Radarsensoren dadurch ermittelt werden, dass je eine Sekanten, die durch den Ursprung und den Mittelpunkt der Kreise verläuft gebildet werden und sich der Versatzwinkel zwischen den Sekanten befindet.
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In vorteilhafter Weise kann aus dem Versatzwinkel auf einen systematischen Fehler der Radarsensoren geschlossen werden, der durch beispielsweise die Einbauposition bedingt ist.
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Bevorzugt können die Radarreflexionspunkte (Radarbilder) der einzelnen Radarsensoren zu einem sensorübergreifenden Radarbild zusammengefügt werden. In vorteilhafter Weise ist dadurch eine Rundumansicht des Fahrzeugs mit mehreren Radarsensoren möglich.
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Weiter bevorzugt kann der erste und zweite Radarsensor an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs angeordnet sein und die Kreise eine Acht bilden.
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In vorteilhafter Weise kann dadurch die Lage eines Radarsensors in Bezug auf einen anderen Radarsensor ermittelt werden, ohne dass sich die Sichtbereiche der beiden Radarsensoren überschneiden müssen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Lage des zweiten Radarsensors fortlaufend während der Fahrt bestimmt werden.
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In vorteilhafter Weise kann die Radarwelle viel schneller gesendet und empfangen werden als sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ändern kann. Infolge dessen fährt das Fahrzeug während der Ermittlung der Lage des mindestens zweiten Radarsensors mit konstanter Geschwindigkeit und ermöglicht eine fortlaufende Lageermittlung.
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Besonders bevorzugt kann die Lage eines dritten und/oder vierten Radarsensors fortlaufend während der Fahrt bestimmt werden. In vorteilhafter Weise ist dadurch eine genaue Rundumansicht möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die ermittelte Lage bei einer Klassifizierung von Objekten berücksichtigt werden. In vorteilhafter Weise kann die Genauigkeit der Zuordnung von Radarreflexionspunkten zu Objekten erhöht werden, wenn das Objekt gleichzeitig Radarreflexionspunkte durch zwei Radarwellen erzeugt.
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Bevorzugt können mehrere Radarwellen ausgesendet werden und anhand der abgeschätzten Kreise ein Fehler des Radarsensors erkannt werden.
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Ein Tracking der einzelnen Radarreflexionspunkte ist nicht nötig, da diese immer über den geschätzten Kreis verbunden sind. In vorteilhafter Weise wird eine Historie der geschätzten Kreise gespeichert. Aus dieser Historie können dann Änderungen in der Lage des Kreises auf Fehler des Radarsensors hinweisen, da sich bei einem fest verbauten Radarsensor der Lagewinkel innerhalb der Messtoleranzen nicht ändern sollte.
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Weiter bevorzugt kann nach einem Austausch eines Radarsensors diese Historie für mindestens den betreffenden Radarsensor gelöscht werden und eine neue Lagebestimmung während der Fahrt erfolgen. In vorteilhafter Weise ist somit ein einfacher Austausch von beschädigten Radarsensoren möglich.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mindestens vier Kreise für mindestens vier Radarsensoren an allen vier Seiten des Fahrzeugs geschätzt werden. In vorteilhafter Weise ist so eine vollständige Rundumansicht möglich und weitere Funktionen wie beispielsweise Einparken sind durchführbar.
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Bevorzugt kann anhand der mindestens vier Kreise ein Fehler von mindestens einem Radarsensor erkannt werden. In vorteilhafter Weise bieten vier Kreise ein höheres Vergleichspotenzial, sodass ein Fehler eines Radarsensors noch genauer erkannt werden kann,
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Erfindungsgemäß ist ein Radarsensor in einem Fahrzeug eingerichtet, ein Verfahren gemäß einer der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durchzuführen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt Radarreflexionspunkte 1 einer Messung in einem Polarkoordinatensystem. Das Fahrzeug 2 fährt mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus in y-Richtung 11. Eine Bewegung des Fahrzeugs 2 in x-Richtung 13 erfolgt somit nicht. Der Radarsensor 4 befindet sich im Ursprung 7 des Koordinatensystems und an der Front des Fahrzeugs 2. Die Radarreflexionspunkte 1 sind mit ihrem jeweiligen Lagewinkel als Argument 5 und ihrer jeweiligen Dopplergeschwindigkeit als Abstand 3 eingetragen. Ein etwaiger gemessener Objektabstand ist nicht im Koordinatensystem eingetragen. Aus der Darstellung in 1 gehen somit nur die Relativgeschwindigkeit aus der Dopplergeschwindigkeit und die Lage des Radarreflexionspunktes 1 vom Radarsensor 4 hervor.
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Es befinde sich noch weitere Radarreflexionspunkte 31, 32, 33, 34, 35 im Koordinatensystem deren Polarkoordinaten lediglich als Punkt und nicht als Pfeil dargestellt sind.
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In 2 wird ein Kreis 15 geschätzt, der einige Radarreflexionspunkte 1 und den Ursprung 7 verbindet. Die weiteren Radarreflexionspunkte 31, 32, 33, 34, 35 aus 1 liegen nicht auf dem Kreis 15 und sind daher in 2 auch nicht dargestellt. Das Fahrzeug 2 fährt mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus in y-Richtung 11. Eine Bewegung des Fahrzeugs 2 in x-Richtung 13 erfolgt somit nicht. Der Radarsensor 4V befindet sich im Ursprung 7 des Koordinatensystems an der Front des Fahrzeugs 2.
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Alle Radarreflexionspunkte 1 auf dem Kreis 15 haben unter Berücksichtigung ihrer Dopplerfrequenz und ihres Lagewinkels 5 die gleiche Geschwindigkeit. Da die Mehrheit der Radarreflexionspunkte 1 auf dem Kreis 15 liegt, kann angenommen werden, dass diese Radarreflexionspunkte 1 sich nicht bewegen, denn die Mehrheit der Objekte in einer Verkehrssituation ist stationär. Es kann im Allgemeinen ausgeschlossen werden, dass sich eine größere Anzahl von Objekten mit identischer Geschwindigkeit größer als Null bewegt und dadurch eine Vielzahl von Radarreflexionspunkten erzeugt, die sich auf einem oben beschriebenen Kreis durch den Ursprung 7 abbilden lassen.
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Somit kann angenommen werden, dass sich nur statische Objekte auf einen oben definierten Kreis 15 abbilden lassen. Der Schnittpunkt 19 des Kreises 15 mit der y-Achse hat eine Dopplerfrequenz (Abstand der Polarkoordinate), die der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs 2 entspricht.
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Durch eine mehrmalige Messung bei konstanter Geschwindigkeit kann die Messgenauigkeit und die Kreisbildung verbessert werden. Da sich alle Radarreflexionspunkte der stationären Objekte auf einem Kreis 15 abbilden ist kein sogenanntes Tracking (Verfolgen) der einzelnen Radarreflexionspunkte mehr nötig.
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In 3 befindet sich der Radarsensor 4L an der linken Seite des Fahrzeugs 2. Es sind die Halbkreise 25, 26 dargestellt, auf denen sich die Radarreflexionspunkte der stationären Objekte abzeichnen würden, wenn das Vorzeichen der Dopplerfrequenz ignoriert würde.
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Der Sichtbereich des Radarsensors 4L ist seitlich vom Fahrzeug 2 weg, sodass sich die stationären Objekte die links von der Mittelachse des Radarsensors befinden vom Fahrzeug 2 wegbewegen. Im Vergleich zu 2 ist der linke Radarsensor 4L 90 Grad zum vorderen Radarsensor 4V der 2 nach links gedreht verbaut. Demzufolge muss auch das Koordinatensystem um 90 Grad gedreht werden. Die Mittelachse des Radarsensors 4L stellt somit die y-Achse des Koordinatensystems 11 dar. Das Fahrzeug 2 bewegt sich im Verhältnis zum Radarsensor 4L in die Richtung der positiven x-Achse 13
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Die Radarreflexionspunkte der stationären Objekte links von der Mittelachse bewegen sich nun vom Radarsensor 4L weg, sodass die Dopplerfrequenz negativ wird. Da der Abstand vorzeichenrichtig eingetragen wird, führt dies zu einem 180 Grad Shift der Radarreflexionspunkte des Halbkreises 26, die sich auf dem gepunkteten Halbkreis 27 abbilden.
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Somit ist durch den 180 Grad Shift der Radarreflexionspunkte mit negativer Dopplerfrequenz wieder ein Kreis bestehend aus zwei Halbkreisen 25, 27 durch alle stationären Objekte möglich.
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4 zeigt das in 3 beschriebene für einen Radarsensor 4R an der rechten Seite des Fahrzeugs 2. Das Koordinatensystem ist nun so gedreht, dass sich das Fahrzeug 2 in Richtung der negativen x-Achse 13 bewegt. Die stationären Objekte würden sich wieder auf den Halbkreisen 45, 46 abzeichnen. Jedoch führt der 180 Grad Shift der Radarreflexionspunkte auf dem Halbkreis 46 zu einer Abbildung auf dem gepunkteten Halbkreis 47.
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Somit ist durch den 180 Grad Shift der Radarreflexionspunkte mit negativer Dopplerfrequenz wieder ein Kreis bestehend aus zwei Halbkreisen 45, 47 durch alle stationären Objekte möglich.
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5 zeigt einen Radarsensor 4H, der sich an der Rückseite des Fahrzeugs 2 befindet Die Radarreflexionspunkte der stationären Objekte bewegen sich nun vom Radarsensor 4H weg, sodass die Dopplerfrequenz negativ wird. Die Radarreflexionspunkte würden sich auf den Halbkreisen 58, 59 abbilden. Da die Dopplergeschwindigkeit vorzeichenrichtig eingetragen wird, führt dies zu einem 180 Grad Shift aller Radarreflexionspunkte. Der linke Halbkreis 58 bildet sich auf dem gepunkteten Halbkreis 56 ab. Der rechte Halbkreis 59 bildet sich auf dem gestrichelten Halbkreis 55 ab. Der Shift führt somit dazu, dass die Radarreflexionspunkte gespiegel eingetragen werden. Durch den 180 Grad Shift der Radarreflexionspunkte mit negativer Dopplerfrequenz entsteht wieder ein Kreis aus zwei Halbkreisen 55,56 durch alle stationären Objekte.
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In 6 sind die Kreise 15, 21, 41, 51 der einzelnen Radarsensoren 4V, 4L, 4R, 4H zusammen dargestellt. Der Kreis 41 für die stationären Objekte des rechten Radarsensors 4R befindet sich im zweiten Quadranten II und der Kreis 21 für den linken Radarsensor 4L befindet sich im ersten Quadranten I. Die Kreise 21, 41 sind daher spiegelverkehr aufgetragen.
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Das Fahrzeug 2 in diesem Ausführungsbeispiel weist einen Radarsensor 4 (V, L, R, H)an jeder Seite auf. In dem dargestellten Koordinatensystem sind die benachbarten Radarsensoren genau 90 Grad zueinander gedreht. In der Darstellung liegen alle Radarsensoren im Ursprung des Koordinatensystems. Durch den Ursprung und dem jeweiligen Mittelpunkt der Kreise wird eine Sekante 61 - 64 pro Kreis gebildet. In 6 liegen diese Sekanten auf den Achsen 11, 13 des Koordinatensystems.
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In 7 sind lediglich die Sekanten 61 - 64 ohne Koordinatensystem dargestellt. Der dazwischen liegende Versatzwinkel 36 - 39 gibt den relativen Winkel der Mittelachsen der Radarsensoren zueinander wieder.
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Aus den Kreisen, die aus den Radarreflexionspunkten der stationären Objekte gebildet werden, lässt sich somit ein Versatzwinkel 36 - 37 der Radarsensoren 4 (V, L, R, H) bestimmen. Damit muss nur noch die Position eines einzigen Radarsensors bekannt sein. Die weiteren Radarsensoren lassen sich dann während der Fahrt anhand dieser bekannten Position kalibrieren. Allein aus Designgründen ist eine mittlere Position an der Front und/ oder dem Heck des Fahrzeugs oftmals bekannt.
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In 8 ist ein Radarsensor 4VL an einer linken Ecke des Fahrzeugs 2 verbaut. Die stationären Objekte würden sich ohne Berücksichtigung des Vorzeichens der Dopplergeschwindigkeit auf zwei Kreisbögen 75, 76 abbilden, da die Mittelachse des Radarsensors in einem Winkel von 45 Grad zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs zeigt. In Gegensatz zu einem Verbau in einer 90 Grad Position von der Längsachse des Fahrzeugs (wie beispielsweise in 3, 4) zeigt daher nicht die Hälfte, sondern nur ein Viertel des Radarsensors 4 VL zur linken Seite. Daher weisen auch nur die stationären Objekte in diesem Bereich eine negative Dopplerfrequenz auf und müssen einen 180 Shift durchführen. Die Radarreflexionspunkte dieser stationären Objekte bilden sich dann auf dem gepunkteten Kreisbogen 77 ab. Somit bildet sich wiederum eine Kreis aus den beiden Kreisbögen 75, 77. Würde das Koordinatensystem so gedreht, dass die y-Achse die Mittelachse des Radarsensors darstellt, so würde das Fahrzeug in die positive Richtung der Winkelhalbierenden y=x fahren.
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In 9 sind die Kreise 81 - 84 von vier Radarsensoren 4VL, 4VR, 4HL, 4HR dargestellt, die an den vier Ecken eines Fahrzeugs 2 angeordnet sind. In dem dargestellten Koordinatensystem sind die Radarsensoren genau 90 Grad zueinander gedreht. In der Darstellung liegen alle Radarsensoren im Ursprung des Koordinatensystems.
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Durch den Ursprung und dem jeweiligem Mittelpunkt der Kreise wird eine Sekante 61 - 64 pro Kreis 81 - 84 gebildet. In 9 liegen diese Sekanten auf den Winkelhalbierenden zwischen den x- und y-Achsen 11, 13 des Koordinatensystems.
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In 10 sind lediglich die Sekanten 61 - 61 aus 9 ohne Koordinatensystem dargestellt. Der dazwischen liegende Versatzwinkel 36 - 39 gibt den relativen Winkel der Mittelachsen der Radarsensoren 4VL, 4VR, 4HL, 4HR zueinander wieder. Wie im Ausführungsbeispiel der 6 muss auch hier die Position eines einzigen Radarsensors bekannt sein, da die Lage der weiteren Radarsensoren relativ dazu bestimmt wird.
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Bezugszeichenliste
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| 1, 31 - 35 |
Radarreflexionspunkt |
| 2 |
Fahrzeug |
| 3 |
Abstand (Polarkoordinate) |
| 4 |
Radarsensor |
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4V |
Radarsensor vorn |
| |
4L |
Radarsensor links |
| |
4R |
Radarsensor rechts |
| |
4H |
Radarsensor hinten |
| |
4VL |
Radarsensor vorn links |
| |
4VR |
Radarsensor vorn rechts |
| |
4HL |
Radarsensor hinten links |
| |
4HR |
Radarsensor hinten rechts |
| 5 |
Argument (Polarkoordinate) |
| 7 |
Ursprung |
| 11 |
y-Richtung |
| 13 |
x-Richtung |
| 15, 21, 41, 51, 81 - 84 |
Kreis |
| 19, 66 - 69 |
Schnittpunkt |
| 25 - 27 |
Halbkreis |
| 36 - 39 |
Versatzwinkel |
| 45 - 47, 55, 56, 58, 59 |
Halbkreis |
| 61 - 64 |
Sekanten |
| 75, 76, 77 |
Kreisbogen |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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