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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenksteuervorrichtung und eine Servolenkvorrichtung.
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Als Lenksteuerung (Unterstützungssteuerung) einer elektrischen Servolenkvorrichtung ist eine herkömmliche Steuertechnologie zum Stabilisieren eines Resonanzmodus bekannt.
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Beispielsweise eine Struktur, bei der einer Unterstützungssteuerungseinrichtung eine Stabilisierungssteuereinrichtung hinzugefügt wird, um viskose Dämpfung zu versuchen. Bei der obigen Struktur wird eine Drehmomentrückkopplungssteuerung unter Verwendung eines Lenkdrehmoments durchgeführt, das durch einen Drehmomentsensor erfasst wird.
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Durch Durchführen der Drehmomentrückkopplung wird eine Nachvollziehbarkeit des Zieldrehmoments durch ein Verlustdrehmoment und eine Drehmomentwelligkeit eines Motors beeinflusst, und die oben erwähnte Charakteristik kann durch weiteres Hinzufügen einer Lenkwinkelsteuerung verbessert werden.
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Da eine reine Winkelgeschwindigkeitsrückkopplung über einen gesamten Frequenzbereich wirkt, wird die viskose Dämpfung leider auch auf eine Lenkcharakteristik übertragen, so dass die viskose Dämpfung nicht effizient angewendet werden kann.
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Die
DE 10 2010 046 072 A1 offenbart ein Verfahren zum Verringern der Fahrzeugempfindlichkeit gegen Torsionsrütteln, bei dem eine rückwärts angesteuerte Impedanz des Lenksystems über einen effektiven dynamische abgestimmten Vibrationsabsorber selektiv erhöht wird. Eine Resonanzfrequenz des mechanisch abgestimmten Vibrationsabsorbers wird als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit dynamisch verändert, um einen periodisches Rütteln auf ebener Straße zu unterdrücken, beispielsweise über die Verwendung einer geschwindigkeitsempfindlichen Trägheitskompensation.
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Aus der
DE 10 2010 015 857 A1 ist ein elektrisches Servolenksystem zum Erzeugen eines Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung eines Kennlinienbegrenzers bekannt.
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Der Kennlinienbegrenzer ist konfiguriert, um eine Kennlinie in dem elektrischen Servolenksystem, die durch ein Verstärkungskennlinie oder ein Phasenkennlinie dargestellt wird, zu beschränken, so dass die Verstärkungskennlinie oder Phasenkennlinie monoton abnimmt bei einer Frequenz von 10 Hz und die Verstärkungskennlinie gleich oder geringer als 0 dB ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lenksteuervorrichtung sowie eine Servolenkvorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lenksteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie eine Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Aspekt einer Lenksteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst bei der Lenksteuervorrichtung zum Steuern eines Drehwinkels eines Motors, der einen Lenkmechanismus gemäß einem Drehwinkel eines Lenkrads antreibt: eine Drehmomentsteuereinheit zum Steuern eines Drehmoments des Motors mit dem Drehwinkel des Lenkrads als Befehlswert; und eine Rückkopplungssteuereinheit zum Durchführen von Rückkopplungssteuerung an dem Drehmoment des Motors mit zumindest entweder dem Drehwinkel oder der Winkelgeschwindigkeit des Motors als Befehlswert. Die Rückkopplungssteuereinheit weist eine Rückkopplungsgewinnberechnungseinheit zum Berechnen eines Gewinnwerts für die Winkelbeschleunigung des Motors, mit dem die Winkelbeschleunigung multipliziert wird, um einen Kompensationswert zum Kompensieren einer Trägheit des Motors zu erhalten, und eine Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit zum Vorbewegen einer Phase eines Signalverlaufs des Kompensationswerts, die für einen Teilfrequenzbereich rückzuführen ist, der eine Resonanzfrequenz des Motors und des Lenkmechanismus in einem gesamten Frequenzbereich umfasst.
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Ein Aspekt einer Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: die Lenksteuervorrichtung; einen Motor, der durch die Lenksteuervorrichtung gesteuert wird; und einen Lenkmechanismus, der durch den Motor angetrieben wird.
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Die obigen und andere Elemente, Merkmale, Schritte, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen offensichtlich.
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Bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beilegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht, die ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 2 ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer elektrischen Servolenkvorrichtung darstellt; und
- 3 Diagramme, die Simulationsergebnisse darstellen.
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Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Lenksteuervorrichtung und einer Servolenkvorrichtung der vorliegenden Offenbarung werden mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen nachfolgend näher beschrieben. Um eine unnötig ausführliche nachfolgende Beschreibung zu vermeiden und das Verständnis für den Fachmann auf dem Gebiet zu erleichtern, kann eine unnötig detaillierte Beschreibung ausgelassen werden. Beispielsweise kann eine detaillierte Beschreibung bereits gut bekannter Gegenstände und eine überflüssige Beschreibung von im Wesentlichen der gleichen Konfiguration ausgelassen werden.
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1 ist eine schematische Ansicht, deren beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist bei dem vorliegenden beispielhaften Ausführungsbeispiel eine elektrische Servolenkvorrichtung vom Säulentyp beispielhaft dargestellt. Eine elektrische Servolenkvorrichtung 9 ist auf einem Lenkmechanismus von Rädern eines Autos befestigt. Die elektrische Servolenkvorrichtung 9 ist die Servolenkvorrichtung vom Säulentyp, die eine Lenkkraft durch Leistung einer Lenksteuervorrichtung 1, in die ein Motor 10 eingebaut ist, direkt reduziert. Die elektrische Servolenkvorrichtung 9 umfasst die Lenksteuervorrichtung 1, eine Lenkwelle 914 und eine Achse 913.
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Die Lenkwelle 914 überträgt ein Eingangsdrehmoment, das von einem Lenkrad 911 übertragen wird, über einen Drehstab 915 zu der Achse 913, die Räder 912 aufweist. Wenn das Lenkrad 911 betrieben wird, wird ein Steuerungswinkel θh erzeugt und der Drehstab 915 wird gedreht, um ein Lenkdrehmoment zu erzeugen. Das Lenkdrehmoment wird von dem Drehstab 915 zu einem Lenkmechanismus übertragen, der die Räder 912, die Achse 913 und die Lenkwelle 914 umfasst.
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Die Leistung der Lenksteuervorrichtung 1 wird über Zahnräder oder dergleichen zu der Lenkwelle 914 übertragen. Der Motor 10, der in der elektrischen Servolenkvorrichtung 9 vom Säulentyp verwendet wird, ist in einem Motorraum (nicht gezeigt) vorgesehen. Obwohl die elektrische Servolenkvorrichtung 9, die in 1 gezeigt ist, beispielhaft vom Säulentyp ist, kann die Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung vom Zahnstangentyp sein. Die Lenksteuervorrichtung 1 steuert einen Drehwinkel des Motors 10, der den Lenkmechanismus gemäß einem Drehwinkel des Lenkrads 911 antreibt.
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Das Drehmoment, das von dem Drehstab 915 zu der Lenkwelle 914 übertragen wird, wird durch einen Drehmomentsensor 917 erfasst. Ein Wert, der durch den Drehmomentsensor 917 erfasst wird, wird in die Lenksteuervorrichtung 1 eingegeben und verwendet, um eine Zielausgabe der Lenksteuervorrichtung 1 zu berechnen.
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Eine Drehwelle (Ausgangswelle) des Motors 10 und der Lenkwelle 914 sind über ein Untersetzungsgetriebe und dergleichen miteinander verbunden. Somit drehen sich der Motor 10 und die Lenkwelle 914 immer zusammen, unabhängig davon, ob das Drehmoment zum Drehen der Lenkwelle 914 ein Drehmoment durch den Motor 10 oder ein anderes Drehmoment ist. Daher wird ein Lenkwinkel θs von der Anzahl von Drehungen des Motors 10 basierend auf einem Übersetzungsverhältnis und dergleichen berechnet. Der Lenkwinkel θs, der auf diese Weise berechnet wird, wird ebenfalls verwendet, um die Zielausgabe in der Lenksteuervorrichtung 1 zu berechnen.
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Das Lenkdrehmoment, das von dem Lenkrad 911 über den Drehstab 915 übertragen wird und ein Unterstützungsdrehmoment durch die Leistung der Lenksteuervorrichtung 1 werden an die Lenkwelle 914 angelegt, um den Lenkwinkel θs zu erzeugen, der ein Drehwinkel der Lenkwelle 914 ist.
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der elektrischen Servolenkvorrichtung 9 darstellt.
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In 2 stellt θh den Steuerungswinkel dar, θs stellt den Lenkwinkel dar, Ktor stellt einen Torsionskoeffizienten des Drehstabs 915 dar und STG(s) stellt eine Lenkcharakteristik dar.
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Eine Differenz zwischen dem Steuerungswinkel θh des Lenkrads 911 und dem Lenkwinkel θs dreht die Drehstange 915, um das Drehmoment zu erzeugen. Das Drehmoment, das in der Drehstange 915 erzeugt wird, wird durch den Drehmomentsensor 917 erfasst und in die Lenksteuervorrichtung 1 eingegeben.
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Die Lenksteuervorrichtung 1 umfasst eine erste Steuereinheit 11 und eine zweite Steuereinheit 12. Blöcke dieser Steuereinheiten 11, 12 stellen eine Funktion dar, die eine Berechnung eines Steuersignals, das in den Motor 10 eingegeben wird, und der Ausgabe des Motors 10 gemäß dem Steuersignal kombiniert.
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Die erste Steuereinheit 11 führt basierend auf dem Wert des Drehmoments, das durch den Drehmomentsensor 917 erfasst wird, eine Rückkopplungssteuerung durch. Indem der Motor 10 veranlasst wird, basierend auf dem erfassten Wert des Drehmoments ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen, wird das Drehmoment der Drehstange 915 reduziert. Als Folge ist eine Betätigungskraft zum Betätigen des Lenkrads 911 reduziert.
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Als die Rückkopplungssteuerung zum Erzeugen des Unterstützungsdrehmoments kann die Rückkopplungssteuerung zum Reduzieren der Differenz zwischen dem Steuerungswinkel θh und dem Lenkwinkel θs (Lenkwinkelsteuerung) verwendet werden, sowie die Rückkopplungssteuerung zum Reduzieren des Drehmoments (Drehmomentsteuerung), wie es oben beschrieben ist. Wenn diese Lenkwinkelsteuerung verwendet wird, ist ein Winkelsensor zum Erfassen des Steuerungswinkels θh des Lenkrads 911 vorgesehen, und ein Wert, der durch den Winkelsensor erfasst wird, wird in die erste Steuereinheit 11 eingegeben. Die erste Steuereinheit 11 steuert das Drehmoment des Motors 10 mit dem Drehwinkel (Steuerungswinkel θh) des Lenkrads als Befehlswert.
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Die zweite Steuereinheit 12 steuert eine Drehmomentkomponente, die einen Resonanzzustand in zwei Trägheitssystemen (dem Lenkrad 911 und dem Lenkmechanismus) dämpft, die durch die Drehstange 915 verbunden sind. Der Lenkwinkel θs und eine Fahrzeuggeschwindigkeit werden in die zweite Steuereinheit 12 eingegeben und ein Drehmoment, das einer viskosen Dämpfung entspricht, wird ausgegeben.
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Die zweite Steuereinheit 12 umfasst zweistufige Hochpassfilter 121, 122, eine Rückkopplungsgewinnberechnungseinheit 123 und eine Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit 124. Der Lenkwinkel θs wird in die zweistufigen Hochpassfilter 121, 122 eingegeben und eine zweistufige Filterverarbeitung wird durchgeführt. Eine solche Filterverarbeitung entspricht einer zweiten Ableitung des Lenkwinkels θs und als Folge der Filterverarbeitung wird eine Winkelbeschleunigung berechnet.
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Ein Gewinnwert für die Winkelbeschleunigung wird durch die Rückkopplungsgewinnberechnungseinheit 123 berechnet und die Winkelbeschleunigung wird mit dem Gewinnwert multipliziert, um einen Kompensationswert zum Kompensieren einer Trägheit des Motors 10 zu erhalten. Wie oben beschrieben führt die Rückkopplungsgewinnberechnungseinheit 123 Rückkopplungssteuerung der Winkelbeschleunigung durch. Ferner wird die Fahrzeuggeschwindigkeit in die Rückkopplungsgewinnberechnungseinheit 123 eingegeben und der Gewinnwert wird gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht oder verringert.
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Ein Effekt der Trägheitskompensation wird beschrieben. 3 zeigt Diagramme, die Simulationsergebnisse darstellen.
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3 zeigt die Diagramme, die die simulierten Ergebnisse des Lenkwinkels es als die Ausgabe darstellen, die in Bezug auf den Befehlswert erzeugt wird, der in den Motor 10 eingegeben wird. In einem oberen Teil von 3 ist ein Gewinn der Ausgabe in Bezug auf die Eingabe gezeigt und in einem unteren Teil ist ein Wert der Differenz zwischen einer Phase eines Eingangssignals und einer Phase eines Ausgangssignals gezeigt. Eine horizontale Achse jedes Diagramms zeigt eine Frequenz des Eingangssignals an.
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Abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linien L1, L4, die in 3 gezeigt sind, stellen die Simulationsergebnisse dar, bei denen nur ein Beitrag der ersten Steuereinheit 11 berücksichtigt ist. Gestrichelte Linien L2, L5, die in 3 gezeigt sind, stellen die Simulationsergebnisse dar, bei denen der Beitrag der Trägheitskompensation ebenfalls berücksichtigt ist.
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Beim Betrachten des Gewinndiagramms gibt es einen kleinen Resonanzpunkt (erster Resonanzpunkt) nahe 1 Hz und einen großen Resonanzpunkt (zweiten Resonanzpunkt), um einen Punkt über 10 Hz herum in der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie L1. Bei der gestrichelten Linie L2 bewegt sich eine Frequenz des Resonanzpunkts zu einer Hochfrequenzseite und eine Spitze des Gewinns wird ebenfalls reduziert. Somit stellt sich heraus, dass die Trägheitskompensation die Stärke der Resonanz reduziert.
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Andererseits wird die Stabilität des Systems durch die Phase (ein Punkt, der in der Figur durch einen schwarzen Kreis angezeigt ist) bei einer Frequenz (Pfeil aus gestrichelter Linie in der Figur) beurteilt, bei der ein Rand einer Resonanzspitze 0 dB erreicht. Wenn diese Phase -180 Grad oder weniger beträgt, ist eine Komponente enthalten, die in Bezug auf die Eingabe gegenphasig ist und das System ist in einem instabilen Zustand. Selbst wenn die Phase des Punkts, der durch den schwarzen Kreis angezeigt ist, nahe bei -180 Grad liegt, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass die Phase bei der tatsächlichen Vorrichtung -180 Grad oder weniger wird und die Stabilität unzureichend ist.
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Wenn die abwechselnd lang und kurze gestrichelte Linie L4 und die gestrichelte Linie L5 in dem Phasendiagramm von diesem Gesichtspunkt betrachtet werden, stellt sich heraus, dass die Stabilität unzureichend ist, da die Phase des Punkts, der durch den schwarzen Kreis angezeigt ist, nahe bei -180 Grad liegt.
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Die Beschreibung wird mit erneuter Bezugnahme auf 2 fortgesetzt.
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Die Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit 124 in der zweiten Steuereinheit 12 führt Phasenvoreilungsverarbeitung durch zum Vorbewegen der Phase eines Signalverlaufs auf den Kompensationswert, der durch die Rückkopplungsgewinnberechnungseinheit 123 erhalten wird. Wenn die Phasenvoreilungsverarbeitung in der Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit 124 durchgeführt wird, ist ein Phasenvorschubbetrag der Phasenvorschubbetrag, der von der Frequenz des Signalverlaufs abhängt. Genauer gesagt, die Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit 124 bewegt die Phase des Signalverlaufs vor, die für einen Teilfrequenzbereich rückzuführen ist, der eine Resonanzfrequenz (Frequenz des zweiten Resonanzpunkts) des Lenkrads 911 und des Lenkmechanismus in einem gesamten Frequenzbereich umfasst. Die Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit 124 stellt an dem oben beschriebenen zweiten Resonanzpunkt einen Phasenvorschubbetrag ein, so dass der Phasenvorschubbetrag größer ist als ein Phasenvorschubbetrag bei einer anderen Frequenz. Das heißt, die Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit 124 richtet die Frequenz, bei der der Phasenvorschubbetrag maximal ist, mit der Resonanzfrequenz des zweiten Resonanzpunkts aus. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird ebenfalls in die Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit 124 eingegeben, so dass der Phasenvorschubbetrag gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht oder verringert wird, und die Phasenvoreilungsverarbeitungseinheit 124 bewegt die Phase des Signalverlaufs mit einem Betrag gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit vor.
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Wenn ein Signalverlauf, der einer solchen Phasenvoreilungsverarbeitung unterzogen wird, in den Motor 10 eingegeben wird, erzeugt der Motor 10 die Drehmomentkomponente, die dem viskosen Widerstand entspricht in Bezug auf das oben beschriebene Zweifach-Trägheitssystem. Da der viskose Widerstand ein viskoser Widerstand ist, der um die Resonanzfrequenz des zweiten Resonanzpunkts herum begrenzt ist, wird das effiziente viskose Dämpfen erhalten.
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Die Auswirkung einer solchen Phasenvoreilungsverarbeitung wird in Bezug auf die Diagramme von 3 beschrieben.
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Durchgezogene Linien L3, L6, die in 3 gezeigt sind, stellen die Simulationsergebnisse dar, bei denen der Beitrag sowohl der Trägheitskompensation als auch der Phasenvoreilungsverarbeitung durch die zweite Steuereinheit 12 berücksichtigt wird.
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Von dem Gewinndiagramm zeigt sich, dass die Spitze des Gewinns an der festen durchgezogenen Linien L3 im Vergleich zu der gestrichelten Linie L2 weiter reduziert ist. Wenn die durchgezogene Linie L6 in dem Phasendiagramm betrachtet wird, zeigt sich, dass die Phase des Punkts, der durch den schwarzen Kreis angezeigt ist, ausreichend weit entfernt von -180 Grad liegt und dass das System stabilisiert ist.
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Obwohl ein Beispiel gezeigt ist, bei dem der Motor 10 in die Lenksteuervorrichtung 1 eingebaut ist, kann bei der obigen Beschreibung die Steuerlenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung sein, die nur eine Steuerseite ohne einen eingebauten Motor aufweist.
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Merkmale der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele und der Modifikationen derselben können entsprechend kombiniert werden, solange kein Konflikt entsteht. Obwohl oben bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, ist klar, dass Variationen und Modifikationen für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich sind, ohne von dem Schutzbereich und der Wesensart der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung ist daher ausschließlich durch die folgenden Ansprüche bestimmt.
