DE102022212999B3 - Steering column switch for monitoring at least one vehicle occupant and vehicle comprising such a steering column switch - Google Patents
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Abstract
Lenkstockschalter (10) zum Überwachen wenigstens eines Fahrzeuginsassen, der Lenkstockschalter (10) umfassend wenigstens eine Lufteinlassöffnung (6) ausgeführt zur Erfassung von Körpergerüchen und/oder Raumluft des Fahrzeuginsassen; eine Detektionsvorrichtung ausgeführt zur Bestimmung von Bestandteilen in den Körpergerüchen und/oder der Raumluft; eine Auswertevorrichtung (5) ausgeführt zur Bestimmung einer Fahruntüchtigkeit des Fahrzeuginsassen basierend auf der Bestimmung der Zusammensetzung der Körpergerüche und/oder Raumluft und ausgeführt zur Erzeugung eines Steuerungs- und/oder Regelungssignals im Falle einer bestimmten Fahruntüchtigkeit; eine Signalschnittstelle ausgeführt zur Bereitstellung des Steuerungs- und/oder Regelungssignals an ein elektronisches Steuergerät.Steering column switch (10) for monitoring at least one vehicle occupant, the steering column switch (10) comprising at least one air inlet opening (6) designed to detect body odors and/or room air of the vehicle occupant; a detection device designed to determine components in the body odors and/or room air; an evaluation device (5) designed to determine an inability to drive of the vehicle occupant based on the determination of the composition of the body odors and/or room air and designed to generate a control and/or regulation signal in the event of a specific inability to drive; a signal interface designed to provide the control and/or regulation signal to an electronic control unit.
Description
Die Erfindung betrifft einen Lenkstockschalter zum Überwachen wenigstens eines Fahrzeuginsassen und ein Fahrzeug umfassend einen derartigen Lenkstockschalter.The invention relates to a steering column switch for monitoring at least one vehicle occupant and a vehicle comprising such a steering column switch.
Folgende Definitionen, Beschreibungen und Ausführungen behalten ihre jeweilige Bedeutung für und finden Anwendung auf den gesamten offenbarten Erfindungsgegenstand.The following definitions, descriptions and embodiments retain their respective meaning for and apply to the entire disclosed subject matter.
Ein Lenkstockschalter ist eine mit einem Schalthebel oder Mitnehmer versehene Vorrichtung, die an einem Lenkstock, das heißt einem feststehenden Teil zwischen Armaturenbrett und Lenkrad oder in einem Bereich zwischen Armaturenbrett und Lenkrad oder an einem Lenkrad eines Fahrzeuges angeordnet ist. Beispielsweise offenbart die
Die Fahrerüberwachung gewinnt für assistiertes und automatisiertes Fahren bis SAE Level 3 und teilweise 4 immer mehr an Bedeutung. Im Vordergrund steht dabei unter anderem die frühzeitige Erkennung von Fahruntüchtigkeit durch Einnahme von Alkohol und anderen Drogen sowie durch auftretende Müdigkeit oder plötzlichen Herzinfarkt. Die Analyse der Ausatemluft ermöglicht in diesem Kontext ein völlig kontaktfreies, kontinuierliches physiologisches Monitoring des Fahrers und/oder der Fahrzeuginsassen.Driver monitoring is becoming increasingly important for assisted and automated driving up to SAE Level 3 and in some
Substanzen in Ausatemluft können Substanzen sein, die auf Alkohol, wie etwa Ethanol, oder Kokain, Amphetamine, Cannabis, Tetrahydrocannabinol, Morphin, Methadone, Ammoniak, Azeton oder eine Kombination dieser Substanzen hindeuten. Substanzen, die auf Müdigkeit hindeuten, sind Kohlenstoffdioxid und/oder Isopren. Diese Substanzen stellen Biomarker dar, die auf einen normalen biologischen oder krankhaften Prozess im Körper hinweisen können. Beispielsweise deutet ein Ammoniak-Geruch auf eine Nierenerkrankung hin. Ein Azeton-Geruch deutet auf Diabetes hin. Substances in exhaled air can be substances that indicate alcohol, such as ethanol, or cocaine, amphetamines, cannabis, tetrahydrocannabinol, morphine, methadone, ammonia, acetone, or a combination of these substances. Substances that indicate fatigue are carbon dioxide and/or isoprene. These substances represent biomarkers that can indicate a normal biological or pathological process in the body. For example, an ammonia smell indicates kidney disease. An acetone smell indicates diabetes.
Ein Vorteil der Bestimmung dieser Substanzen in Ausatemluft ist, dass keine chemischen Verfahren, die bei der Bestimmung des Alkoholgehalts in Atemluft beispielsweise auf ein Blasrohr angewiesen sind und damit unkomfortabel sind, oder Oberflächenkontaktverfahren, beispielsweise Adsorptionsverfahren, oder invasive Verfahren anzuwenden sind. Ausatemluft wird kontinuierlich abgegeben.An advantage of determining these substances in exhaled air is that no chemical methods, such as those that rely on a blowpipe when determining the alcohol content in exhaled air and are therefore uncomfortable, or surface contact methods, such as adsorption methods, or invasive methods are required. Exhaled air is released continuously.
Die Substanzen sind beispielsweise flüchtige organische Verbindungen, auch volatile organic compounds genannt, abgekürzt VOC. Zu VOCs gehören beispielsweise Aceton, Ethanol, Isopren, Nonanal, Decanal, a-Pinen, Buttersäureethylester und Butanal, Ethanal, Propanal und Essigsäure-n-propylester. VOC entstehen bei Lebewesen bei Protein-, Zell- oder Stoffwechseländerungen, die durch eine Krankheit ausgelöst werden. Beispielsweise wurden bei SARS-Cov-2 infizierten Menschen charakteristische Protein- und Stoffwechseländerungen beobachtet. Über Ausatemluft ausgeschiedene VOCs können charakteristisch für eine Krankheit sein und damit als Biomarker fungieren.The substances are, for example, volatile organic compounds, also called volatile organic compounds (VOCs). VOCs include, for example, acetone, ethanol, isoprene, nonanal, decanal, a-pinene, ethyl butyrate and butanal, ethanal, propanal and n-propyl acetate. VOCs are produced in living organisms when protein, cell or metabolic changes occur that are triggered by a disease. For example, characteristic protein and metabolic changes have been observed in people infected with SARS-CoV-2. VOCs excreted in exhaled air can be characteristic of a disease and thus act as biomarkers.
Beispielsweise offenbart die
Die
Weiterer Stand der Technik ist in
Voranschreitende gesetzliche Maßnahmen, beispielsweise in USA und Europa, sehen eine Integration von Systemen für Alkohol-Wegfahrsperren in allen zukünftigen Neufahrzeugen vor. Ein großes Akzeptanzkriterium neben Komfort und Zuverlässigkeit ist auch der Schutz der Privatsphäre von Fahrzeuginsassen. Bestehende Systeme weisen hierbei noch keine Lösung auf. Beispielsweise ist das Dräger Interlock® 7000 eine atemalkoholgesteuerte Wegfahrsperre, bei dem allerdings ein Mundstück auf der Rückseite eines Handteils erforderlich ist zur Abgabe einer Atemprobe. Eine Infrarotkamera kann abgegebene Atemtests dokumentieren. Eine derartige Kamera kann aber während des Betriebs des Fahrzeuges dauerhaft in die Privatsphäre der Fahrzeuginsassen eingreifen.Ongoing legal measures, for example in the USA and Europe, provide for the integration of alcohol immobilizer systems in all future new vehicles. A major acceptance criterion, in addition to comfort and reliability, is the protection of the privacy of vehicle occupants. Existing systems do not yet offer a solution in this regard. For example, the Dräger Interlock® 7000 is a breath alcohol-controlled immobilizer, which, however, requires a mouthpiece on the back of a handset to provide a breath sample. An infrared camera can document breath tests that have been given. However, such a camera can permanently intrude on the privacy of vehicle occupants while the vehicle is in operation.
Ein Innenraum-/Fahrer-Überwachungssystem, beispielsweise ein Alkohol-Interlock-System, benötigt eine aktive Interaktion mit dem Fahrer, zum Beispiel nach Aufforderung ein Hineinpusten in das System. Entscheidend ist hierbei die Optimierung auf den maximalen Komfort für den Fahrer in Verbindung mit der Erfassung eines größtmöglichen Volumens der zu erfassenden Luftmoleküle, beispielsweise der ausgeatmeten Luft des Fahrers, für eine geringste Vermischung mit anderen Luftmolekülen, beispielsweisedurch die Klimaanlage oder andere Personen, beispielsweise andere Fahrzeuginsassen.An interior/driver monitoring system, such as an alcohol interlock system, requires active interaction with the driver, for example blowing into the system when requested. The key here is to optimize for maximum comfort for the driver in conjunction with capturing the largest possible volume of the air molecules to be captured, such as the driver's exhaled air, for minimal mixing with other air molecules, such as from the air conditioning system or other people, such as other vehicle occupants.
Aufgabe der Erfindung war es, wie ein Fahrzeuginsasse überwacht werden kann, insbesondere hinsichtlich einer Fahruntüchtigkeit.The object of the invention was to find out how a vehicle occupant can be monitored, in particular with regard to inability to drive.
Der Gegenstand des unabhängigen und nebengeordneten Anspruchs löst jeweils diese Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Definitionen, den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.The subject matter of the independent and subordinate claim solves this problem. Advantageous embodiments of the invention emerge from the definitions, the subclaims, the drawings and the description of preferred embodiments.
Das hier offenbarte Lenkstockschalter zum Überwachen wenigstens eines Fahrzeuginsassen umfasst wenigstens eine Lufteinlassöffnung ausgeführt zur Erfassung von Körpergerüchen und/oder Raumluft des Fahrzeuginsassen. Überwachen umfasst Feststellen einer Müdigkeit, einer Erkrankung und/oder einer Fahruntüchtigkeit.The steering column switch disclosed here for monitoring at least one vehicle occupant comprises at least one air inlet opening designed to detect body odors and/or ambient air of the vehicle occupant. Monitoring includes determining fatigue, illness and/or inability to drive.
Fahruntüchtigkeit liegt beispielsweise nach Drogenkonsum vor, wenn ein Drogen spezifischer Schwellenwert überschritten ist. Das Feststellen der Fahruntüchtigkeit umfasst das Feststellen einer Fahrtüchtigkeit. Bei negativer Fahruntüchtigkeit ist die Fahrtüchtigkeit positiv. Bei positiver Fahruntüchtigkeit ist die Fahrtüchtigkeit negativ.For example, driving incompetence occurs after drug consumption if a drug-specific threshold is exceeded. Determining driving incompetence includes determining whether the person is fit to drive. If the incompetence is negative, the person is fit to drive. If the incompetence is positive, the person is fit to drive.
Der wenigstens eine Fahrzeuginsasse ist nach einem Aspekt der Fahrzeugführer. Mittels der Lufteinlassöffnung ist ein Mundstück zur Aufnahme der Ausatemluft nicht erforderlich.According to one aspect, the at least one vehicle occupant is the vehicle driver. Thanks to the air inlet opening, a mouthpiece for taking in exhaled air is not required.
Körpergerüche umfassen beispielsweise über die Haut abgegebene Ausdünstungen und/oder Ausatemluft. Über die Erfassung der Raumluft, in einem Fahrzeuginnenraum die Innenraumluft, kann beispielsweise die Qualität der Innenraumluft, beispielsweise über die Bestimmung des Anteils von Kohlenstoffdioxid, festgestellt werden. Des Weiteren kann über die Erfassung von Raumluft Gestank, zum Beispiel aufgrund chemischen Ausdünstungen in der Fahrzeugverkleidung oder Rauchen im Nichtraucherfahrzeug bei Car-Sharing, im Innenraum erkannt werden.Body odors include, for example, odors emitted through the skin and/or exhaled air. By measuring the room air, in a vehicle the interior air, the quality of the interior air can be determined, for example by determining the proportion of carbon dioxide. Furthermore, by measuring room air, odors in the interior can be detected, for example due to chemical odors in the vehicle trim or smoking in a non-smoking vehicle in car sharing.
Nach einem Aspekt umfasst die Lufteinlassöffnung einen Filter zum Filtern der Ausatemluft und/oder ein Ventil zum Regeln und/oder Steuern eines Durchflusses der Ausatemluft durch den Lenkstockschalter, beispielsweise zu der in dem Lenkstockschalter integrierten Detektionsvorrichtung hin. Der Filter dient beispielsweise dazu, ein Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Das Ventil verbessert die Verteilung der zu analysierenden Ausatemluft. Nach einem Aspekt umfasst die erste Lufteinlassöffnung einen Ventilator zum Ansaugen der Ausatemluft.According to one aspect, the air inlet opening comprises a filter for filtering the exhaled air and/or a valve for regulating and/or controlling a flow of the exhaled air through the steering column switch, for example to the detection device integrated in the steering column switch. The filter serves, for example, to improve a signal-to-noise ratio. The valve improves the distribution of the exhaled air to be analyzed. According to one aspect, the first air inlet opening comprises a fan for sucking in the exhaled air.
Ferner umfasst der hier offenbarte Lenkstockschalter eine Detektionsvorrichtung ausgeführt zur Bestimmung von Bestandteilen in den Körpergerüchen und/oder Raumluft.Furthermore, the steering column switch disclosed here comprises a detection device designed to determine components in the body odors and/or room air.
Bestandteile in Körpergerüchen, insbesondere in der Ausatemluft, können Substanzen sein, die auf Alkohol, wie etwa Ethanol, oder Kokain, Amphetamine, Cannabis, Tetrahydrocannabinol, Morphin, Methadone, Ammoniak, Azeton, Isopren, Kohlenstoffdioxid oder eine Kombination dieser Substanzen hindeuten. Über die Detektion von beispielsweise Ethanol kann eine Fahruntüchtigkeit aufgrund Konsums von Alkohol festgestellt werden.Components in body odors, especially in exhaled air, can be substances that indicate alcohol, such as ethanol, or cocaine, amphetamines, cannabis, tetrahydrocannabinol, morphine, methadone, ammonia, acetone, isoprene, carbon dioxide or a combination of these substances. The detection of ethanol, for example, can be used to determine whether a person is unfit to drive due to alcohol consumption.
Bestandteile in der Ausatemluft können auch flüchtige organische Verbindungen, auch volatile organic compounds genannt, abgekürzt VOC, sein. Zu VOCs gehören beispielsweise Aceton, Ethanol, Isopren, Nonanal, Decanal, α-Pinen, Buttersäureethylester und Butanal, Ethanal, Propanal und Essigsäure-n-propylester. VOC entstehen bei Lebewesen bei Protein-, Zell- oder Stoffwechseländerungen. Über den Anteil von Isopren in der Ausatemluft und/oder der Raumluft kann eine Müdigkeit des Fahrzeuginsassen, beispielsweise des Fahrzeugführers, festgestellt werden, insbesondere auch in Kombination mit dem Anteil von Kohlenstoffdioxid in der Ausatemluft und/oder der Raumluft. Beispielsweise wurden bei SARS-Cov-2 infizierten Menschen charakteristische Protein- und Stoffwechseländerungen beobachtet. Über Ausatemluft ausgeschiedene VOCs können charakteristisch für eine Krankheit sein und damit als Biomarker fungieren.Components in exhaled air can also be volatile organic compounds, abbreviated to VOCs. VOCs include, for example, acetone, ethanol, isoprene, nonanal, decanal, α-pinene, ethyl butyrate and butanal, ethanal, propanal and n-propyl acetate. VOCs are created in living organisms when there are protein, cell or metabolic changes. The proportion of isoprene in the exhaled air and/or the room air can be used to determine whether a vehicle occupant, for example the driver, is tired, especially in combination with the proportion of carbon dioxide in the exhaled air and/or the room air. For example, characteristic protein and metabolic changes have been observed in people infected with SARS-Cov-2. VOCs excreted in exhaled air can be characteristic of a disease and thus act as a biomarker.
Bestandteile in der Ausatemluft können auch gasförmige schwefelhaltige Verbindungen, auch volatile sulfur compouns, abgekürzt VSC, sein. Zu VSC gehören beispielsweise Dimethylsulfid, 3-Methylthiophen, 3-Methyl-2-buten-1-thiol, 3-Methyl-1-(methylthio)-2-buten, 3-Methyl-2-butenyl-acetothioate, Bis(3-methyl-2-butenyl)sulfid, Bis(3-methyl-2-butenyl)disulfid und Kombinationen der voran genannten Verbindungen. VSC entstehen beispielsweise beim Konsum von Cannabis. Über die Detektion von VSC in Ausatemluft kann eine Fahruntüchtigkeit aufgrund Konsums von Cannabis festgestellt werden. Ausatemluft wird kontinuierlich abgegeben. Damit wird eine kontinuierliche Feststellung der Fahruntüchtigkeit realisiert.Components in exhaled air can also be gaseous sulfur-containing compounds, also known as volatile sulfur compounds (VSC). Examples of VSC include dimethyl sulfide, 3-methylthiophene, 3-methyl-2-buten-1-thiol, 3-methyl-1-(methylthio)-2-butene, 3-methyl-2-butenyl-acetothioate, bis(3-methyl-2-butenyl)sulfide, bis(3-methyl-2-butenyl)disulfide and combinations of the above-mentioned compounds. VSC are formed, for example, when cannabis is consumed. By detecting VSC in exhaled air, it is possible to determine whether a person is unfit to drive due to cannabis consumption. Exhaled air is released continuously. This enables continuous determination of unfitness to drive.
Nach einem Aspekt ist die Detektionsvorrichtung ein spektroskopisches Messsystem, beispielsweise ein Laser spektroskopisches Messsystem, das Konzentrationen der Bestandteile mittels Absorptionsspektroskopie oder Emissionsspektroskopie bestimmt.In one aspect, the detection device is a spectroscopic measuring system, for example a laser spectroscopic measuring system, which determines concentrations of the components by means of absorption spectroscopy or emission spectroscopy.
Durch die Integration der Lufteinlassöffnung und der Detektionsvorrichtung in dem Lenkstockschalter wird ein Optimum aus Komfort für den Fahrzeugführer, zum Beispiel Vor- und/oder Zurückbeugen, ermöglicht. Ferner wird durch die Integration der Lufteinlassöffnung und der Detektionsvorrichtung in dem Lenkstockschalter die technischer Funktionsweise verbessert, da am Ort der Bestimmung der Bestandteile in den Körpergerüchen und/oder der Ausatemluft eine hohe Konzentration der Körpergerüche und/oder der Ausatemluft mit geringer Verdünnung oder Vermischung mit Raumluft vorherrscht. Der Fahrzeugführer kann in einem komfortablen Sitzabstand kontaktlos eine Probe seiner Ausatemluft abgeben. Insbesondere muss er hierfür kein Mundstück aufnehmen.By integrating the air inlet opening and the detection device in the steering column switch, optimum comfort is achieved for the driver, for example, when driving forwards and/or backwards. Furthermore, the technical functionality is improved by integrating the air inlet opening and the detection device in the steering column switch, since at the location where the components in the body odors and/or exhaled air are determined, there is a high concentration of body odors and/or exhaled air with little dilution or mixing with room air. The driver can provide a contactless sample of his exhaled air at a comfortable distance from the seat. In particular, he does not need to wear a mouthpiece to do this.
Außerdem umfasst der hier offenbarte Lenkstockschalter eine Auswertevorrichtung ausgeführt zur Bestimmung einer Fahruntüchtigkeit des Fahrzeuginsassen basierend auf der Bestimmung der Zusammensetzung der Körpergerüche und/oder Raumluft. Die Auswertevorrichtung ist ausgeführt zur Erzeugung eines Steuerungs- und/oder Regelungssignals im Falle einer bestimmten Fahruntüchtigkeit. Beispielsweise bestimmt die Detektionsvorrichtung über spezifische Absorptionslinien, beispielsweise im Infrarotbereich, dass die Ausatemluft des Fahrzeuginsassen, beispielsweise des Fahrzeugführers, als Bestandteil Ethanol umfasst. Wird dann von der Auswertevorrichtung bestimmt, dass die relative Menge des Bestandteils Ethanols einen für Ethanol spezifischen Schwellenwert überschreitet, bestimmt die Auswertevorrichtung, dass der Fahrzeugführer fahruntüchtig ist.In addition, the steering column switch disclosed here comprises an evaluation device designed to determine whether the vehicle occupant is unfit to drive based on the determination of the composition of the body odors and/or room air. The evaluation device is designed to generate a control and/or regulation signal in the event of a certain inability to drive. For example, the detection device determines via specific absorption lines, for example in the infrared range, that the exhaled air of the vehicle occupant, for example the driver, contains ethanol as a component. If the evaluation device then determines that the relative amount of the ethanol component exceeds a threshold value specific to ethanol, the evaluation device determines that the driver is unfit to drive.
Die Auswertevorrichtung kann ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis sein.The evaluation device can be an application-specific integrated circuit.
Nach einem Aspekt werden die Funktionen der Detektionsvorrichtung und der Auswertevorrichtung durch eine Vorrichtung realisiert, beispielsweise durch ein System on Chip, das Detektionsvorrichtung und Auswertevorrichtung integriert.According to one aspect, the functions of the detection device and the evaluation device are realized by one device, for example by a system on chip that integrates the detection device and the evaluation device.
Nach einem Aspekt ist das System on Chip ein photonisches System. Ein photonisches System kann Strahlung, beispielsweise Licht, beispielsweise Infrarotlicht, erzeugen, erkennen und/oder manipulieren durch Emission von Photonen, Übertragung von Photonen, Modulation, Signalverarbeitung, integrierte Schaltung, Verstärkung und/oder Sensorik. Ein photonisches System, das Silizium als optisches Medium umfasst, wird auch Silicon Photonics System oder Silicon Photonics Plattform genannt. Während des Erarbeitens der erfindungsgemäßen Lösung hat sich herausgestellt, dass eine Silicon Photonics Plattform als spektroskopische Detektionsvorrichtung zum Bestimmen von Konzentrationen von Substanzen in Ausatemluft und/oder Körpergeruch oder in sonstigen Gerüchen ein im Vergleich zu anderen Sensortechnologien hohes Signal-Rausch-Verhältnis hat. Es lassen sich Empfindlichkeiten im Bereich von 1012, also parts per trillion, erreichen, bei gleichzeitiger Miniaturisierung des Systems. Beispielsweise ist das System als ein Silicon Photonics Wafer bereitgestellt. Damit kann das System in dem Lenkstockschalter, beispielsweise in dem Schalthebel, integriert werden.In one aspect, the system on chip is a photonic system. A photonic system can generate, detect and/or manipulate radiation, for example light, for example infrared light, by emitting photons, transmitting photons, modulating, signal processing, integrated circuitry, amplification and/or sensing. A photonic system that includes silicon as an optical medium is also called a silicon photonics system or silicon photonics platform. During the development of the solution according to the invention, it was found that a silicon photonics platform as a spectroscopic detection device for determining concentrations of substances in exhaled air and/or body odor or other odors has a high signal-to-noise ratio compared to other sensor technologies. Sensitivities in the range of 10 12 , i.e. parts per trillion, can be achieved while simultaneously miniaturizing the system. For example, the system is provided as a silicon photonics wafer. This allows the system to be integrated into the steering column switch, for example in the gear lever.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst das System wenigstens einen Silizium-auf-Isolator Wellenleiter. Eine Seite des Wellenleiters ist unbedeckt und der Ausatemluft und/oder den Körpergerüchen oder den sonstigen Gerüchen ausgesetzt. Siliziumauf-Isolator ist eine Technologie, mittels der Silizium Halbleiterbauelemente in einem geschichteten Silizium-Isolator-Silizium-Substrat hergestellt werden. Dadurch werden parasitäre Kapazitäten innerhalb des Wellenleiters verringert und dadurch die Leistung verbessert. Ferner ermöglicht der hohe Brechungsindexkontrast von Siliziumauf-Isolator Wellenleiter einen engen Biegeradius und damit ultrakompakte photonische Systeme, was vorteilhaft für die Integration in den Lenkstockschalter, beispielsweise in den Schalthebel, ist, insbesondere hinsichtlich Miniaturisierung. Die unbedeckte Seite des Wellenleiters ist die Seite, an der die Ausatemluft und/oder die Körpergerüche oder die sonstigen Gerüche anströmen.According to a further aspect, the system comprises at least one silicon-on-insulator waveguide. One side of the waveguide is uncovered and exposed to exhaled air and/or body odors or other odors. Silicon-on-insulator is a technology by means of which silicon semiconductor devices are manufactured in a layered silicon-insulator-silicon substrate. This reduces parasitic capacitances within the waveguide and thus improves performance. Furthermore, the high refractive index contrast of silicon-on-insulator waveguides enables a tight bending radius and thus ultra-compact photonic systems, which is advantageous for integration into the steering column switch, for example in the gear lever, especially with regard to miniaturization. The uncovered side of the waveguide is the side on which the exhaled air and/or body odors or other odors flow.
Des Weiteren umfasst der hier offenbarte Lenkstockschalter eine Signalschnittstelle ausgeführt zur Bereitstellung des Steuerungs- und/oder Regelungssignals an ein elektronisches Steuergerät. Das elektronische Steuergerät, auch electronic control unit, abgekürzt ECU, genannt, kann ein Fahrzeugdomain-Steuergerät, auch Domain ECU genannt, ein Fahrzeugzonen-Steuergerät, auch Zone ECU genannt, oder ein remote Steuergerät sein, beispielsweise ein Cloud-Steuergerät. Das elektronische Steuergerät kann am Lenkstock in Form eines Lenksäulenmoduls integriert sein. Nach einem Aspekt ist das elektronische Steuergerät an ein Bordnetz des Fahrzeuges, beispielsweise einen CAN-Bus, angeschlossen. Auf Erhalt des Steuerungs- und/oder Regelungssignals schränkt steuert und/oder regelt das elektronische Steuergerät Komponenten des Fahrzeuges derart, dass eine Anfahrt oder Weiterfahrt des Fahrzeuges eingeschränkt oder verhindert wird.Furthermore, the steering column switch disclosed here comprises a signal interface designed to provide the control and/or regulation signal to an electronic control unit. The electronic control unit, also called electronic control unit (ECU for short), can be a vehicle domain control unit, also called domain ECU, a vehicle zone control unit, also called zone ECU, or a remote control unit, for example a cloud control unit. The electronic control unit can be integrated on the steering column in the form of a steering column module. According to one aspect, the electronic control unit is connected to an on-board network of the vehicle, for example a CAN bus. Upon receipt of the control and/or regulation signal, the electronic control unit restricts, controls and/or regulates components of the vehicle in such a way that starting or continuing to drive the vehicle is restricted or prevented.
Nach einem weiteren Aspekt leitet das elektronische Steuergerät auf Erhalt des Steuerungs- und/oder Regelungssignals einen safety stop des Fahrzeuges ein, beispielsweise in Form eines fail-safe oder fail-operational Zustandes.According to a further aspect, the electronic control unit initiates a safety stop of the vehicle upon receipt of the control and/or regulation signal, for example in the form of a fail-safe or fail-operational state.
Ein Vorteil der hier offenbarten, in einen Lenkstockschalter integrierten Überwachung des Fahrzeuginsassen, insbesondere des Fahrzeugführers, besteht in der ungestörten, freien Sicht auf das Armaturenbrett und auf den Verkehr durch den Fahrer. Damit wird eine sichere Führung des Fahrzeuges ohne Ablenkung des Fahrers aufgrund der Überwachung ermöglicht.One advantage of the monitoring of the vehicle occupants, in particular the driver, disclosed here and integrated into a steering column switch is that the driver has an unobstructed, clear view of the dashboard and the traffic. This enables safe driving of the vehicle without distracting the driver due to monitoring.
Nach einem Aspekt umfasst der Lenkstockschalter wenigstens eine Beleuchtungsvorrichtung ausgeführt zur Beleuchtung des Fahrzeuginsassen im sichtbaren Licht und wenigstens eine Erfassungsvorrichtung ausgeführt zur Erfassung des Fahrzeuginsassen. Die Auswertevorrichtung ist ausgeführt ist zur Erkennung eines Wechsels des Fahrzeugführers.According to one aspect, the steering column switch comprises at least one lighting device designed to illuminate the vehicle occupant in visible light and at least one detection device designed to detect the vehicle occupant. The evaluation device is designed to detect a change in the vehicle driver.
Durch die Beleuchtung kann der Fahrzeuginsasse unabhängig von äußeren Einflüssen, beispielsweise schlechten Beleuchtungsverhältnissen im Fahrzeuginnenraum, beispielsweise bei Nacht, Verdunkelung aufgrund starken Niederschlags, Verdunkelung aufgrund Schattenwurf, im sichtbaren Licht, das heißt im Längenwellenbereich im Wesentlichen von 380 nm bis 780 nm, erfasst werden. Dies ist eine Alternative zu einer Infrarotbeleuchtung.The lighting allows the vehicle occupant to be detected in visible light, i.e. in the wavelength range essentially from 380 nm to 780 nm, regardless of external influences, such as poor lighting conditions in the vehicle interior, for example at night, darkening due to heavy rainfall, darkening due to shadows. This is an alternative to infrared lighting.
Das Erfassen des wenigstens einen Fahrzeuginsassen durch die wenigstens eine Erfassungsvorrichtung kann eine Identifikation des wenigstens einen Fahrzeuginsassen durch die wenigstens eine Erfassungsvorrichtung umfassen. Zur Identifikation des wenigstens einen Fahrzeuginsassen ist damit in Kombination mit der Beleuchtung des wenigstens einen Fahrzeuginsassen im sichtbaren Licht kein Infrarot-Gesichtsscan erforderlich.The detection of the at least one vehicle occupant by the at least one detection device can include an identification of the at least one vehicle occupant by the at least one detection device. In order to identify the at least one vehicle occupant, in combination with the illumination of the at least one vehicle occupant in visible light, no infrared facial scan is required.
Mittels der Erfassungsvorrichtung wird ein Wechsel des Fahrzeugführers erkannt. Hierdurch wird das Umgehen des Systems verhindert, beispielsweise durch einen anderen Fahrzeuginsassen, der das Fahrzeug nicht führen wird, oder durch eine Person außerhalb des Fahrzeuges. Es wird sichergestellt, dass der Fahrzeuginsasse überwacht wird, der auch das Fahrzeug führt. Nach dem Erkennen eines Fahrerwechsels kann das System beispielsweise von der Person, die am Platz des Fahrzeugführers sitzt, erneut Daten erfassen mittels der Erfassungsvorrichtung und erneut überwachen.The detection device detects a change of driver. This prevents the system from being bypassed, for example by another vehicle occupant who will not be driving the vehicle or by a person outside the vehicle. It ensures that the vehicle occupant who is also driving the vehicle is monitored. After detecting a change of driver, the system can, for example, record data from the person sitting in the driver's seat using the detection device and monitor them again.
Des Weiteren kann mit der Erfassungsvorrichtung ein Müdigkeits- oder Aufmerksamkeitslevel des Fahrzeuginsassen, beispielsweise des Fahrzeugführers, festgestellt werden, beispielsweise direkt photographisch. Beispielsweise kann über die Aufnahmen der Erfassungsvorrichtung ein Lidschlag des Fahrzeuginsassen, beispielsweise des Fahrzeugführers, ausgewertet werden. Ein Lidschlag weist unterschiedliche zeitliche Längen auf. Normalerweise variiert er zwischen 50 und 125 Millisekunden. Liegt eine Müdigkeit vor, verlangsamt sich der Lidschlag. Nach einem Aspekt wird der Müdigkeits- oder Aufmerksamkeitslevel mittels der Erfassungsvorrichtung in Kombination mit der Bestimmung des Anteils von Isopren in der Ausatemluft und/oder der Raumluft festgestellt.Furthermore, the detection device can be used to determine the level of tiredness or alertness of the vehicle occupant, for example the driver, for example directly photographically. For example, the recordings from the detection device can be used to evaluate the blink of an eyelid by the vehicle occupant, for example the driver. Blinks have different lengths of time. Normally, they vary between 50 and 125 milliseconds. If tiredness is present, the blink slows down. According to one aspect, the level of tiredness or alertness is determined using the detection device in combination with determining the proportion of isoprene in the exhaled air and/or the room air.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst der Lenkstockschalter wenigstens eine von dem Fahrzeuginsassen betätigbare Abdeckungsvorrichtung zur Abdeckung und/oder Freigabe von Komponenten des Lenkstockschalters mittels eines Verschlussmechanismus. Durch die Abdeckungsvorrichtung ist wenigstens die Erfassungsvorrichtung mittels eines Verschlussmechanismus der Abdeckungsvorrichtung abdeckbar und/oder freigebbar. Die Abdeckungsvorrichtung erfüllt zum einen die Funktion einer Schutz-Abdeckung für die Erfassungsvorrichtung und/oder die Beleuchtungsvorrichtung gegen Verschmutzungen. Zum anderen erfüllt die Abdeckungsvorrichtung eine Schutz-Funktion für den Fahrzeuginsassen. Der Fahrzeuginsasse, beispielsweise Fahrzeugführer oder Beifahrer, kann seine Privatsphäre vor ungewollten Erfassungen während der Fahrt sicherstellen und kontrollieren durch Abdecken der Abdeckungsvorrichtung.According to a further aspect, the steering column switch comprises at least one cover device that can be operated by the vehicle occupant for covering and/or releasing components of the steering column switch by means of a locking mechanism. The cover device can cover and/or release at least the detection device by means of a locking mechanism of the cover device. The cover device fulfills the function of a protective cover for the detection device and/or the lighting device against dirt. The cover device also fulfills a protective function for the vehicle occupant. The vehicle occupant, for example the driver or front passenger, can ensure and control his or her privacy from unwanted detection during the journey by covering the cover device.
Nach einem Aspekt ist auch die Beleuchtungsvorrichtung mittels der Abdeckungsvorrichtung abdeckbar. Durch eine entsprechende Betätigung der Abdeckungsvorrichtung kann der Fahrzeuginsasse damit eine Blendung durch die Beleuchtungsvorrichtung während der Fahrt verhindern.According to one aspect, the lighting device can also be covered by means of the covering device. By actuating the covering device accordingly, the vehicle occupant can thus prevent being dazzled by the lighting device while driving.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Abdeckungsvorrichtung eine äußere Einheit und eine innere Einheit. Eine Bewegung der inneren Einheit in der äußeren Einheit realisiert den Verschlussmechanismus. Beispielsweise ist die innere Einheit bewegbar innerhalb der äußeren Einheit, beispielsweise nach links, rechts, oben und/oder unten. Zum Beispiel kann der Fahrzeuginsasse durch Verschieben der inneren Einheit die Erfassungsvorrichtung und/oder die Beleuchtungsvorrichtung verdecken oder freigeben.According to a further aspect, the covering device comprises an outer unit and an inner unit. A movement of the inner unit within the outer unit implements the locking mechanism. For example, the inner unit is movable within the outer unit, for example to the left, right, up and/or down. For example, the vehicle occupant can cover or uncover the detection device and/or the lighting device by moving the inner unit.
Nach einem weiteren Aspekt kann die äußere Einheit die innere Einheit durch Zuklappen und/oder einrasten schließen. Beispielsweise ist die Abdeckungsvorrichtung oder der Verschlussmechanismus als Klick-System realisiert. Nach einem Aspekt umfasst die innere Einheit eine haptisch wahrnehmbare Erhebung, um die innere Einheit einfach und komfortabel bewegen zu können. Die haptisch wahrnehmbare Erhebung ist nach einem Aspekt noch flach genug, um eine möglichst flache Integration der Abdeckungsvorrichtung in das Fahrzeuginsassen-Überwachungssystem ohne abstehende Teile zu ermöglichen. Die flache Integration hat den Vorteil, dass keine abstehenden Teile abbrechen. Außerdem werden dadurch Verletzungen durch abstehende Teile vermieden. Nach einem weiteren Aspekt umfasst die innere Einheit eine farbliche Hervorhebung, zum Beispiel in rot, um dem Fahrzeuginsassen einen Verschluss und/oder eine Freigabe der Komponenten des Fahrzeuginsassen-Überwachungssystems optisch erkennbar zu machen.According to a further aspect, the outer unit can close the inner unit by folding and/or locking. For example, the cover device or the locking mechanism is implemented as a click system. According to one aspect, the inner unit comprises a haptically perceptible elevation in order to be able to move the inner unit easily and comfortably. According to one aspect, the haptically perceptible elevation is still flat enough to enable the cover device to be integrated as flat as possible into the vehicle occupant monitoring system without protruding parts. The flat integration has the advantage that no protruding parts break off. In addition, this prevents injuries caused by protruding parts. According to a further aspect, the inner unit comprises a color highlight, for example in red, to give the vehicle to make it visually apparent to passengers that the components of the vehicle occupant monitoring system have been locked and/or released.
Nach einem weiteren Aspekt ist der Verschlussmechanismus durch ein Verschiebeelement der Abdeckungsvorrichtung oder durch ein Deckelelement realisiert ist. Damit kann das Fahrzeuginsassen-Überwachungssystem oder wenigstens dessen Komponenten einfach durch Verschieben abgedeckt oder freigegeben werden. Das Deckelelement kann einfach auf das Fahrzeuginsassen-Überwachungssystem oder wenigstens dessen Komponenten geklappt werden, beispielsweise mittels des voran beschriebenen Klick-Systems.According to a further aspect, the locking mechanism is implemented by a sliding element of the covering device or by a cover element. This allows the vehicle occupant monitoring system or at least its components to be covered or uncovered simply by sliding. The cover element can be easily folded onto the vehicle occupant monitoring system or at least its components, for example by means of the click system described above.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Abdeckungsvorrichtung mechanisch betätigbar und/oder elektronisch steuerbar. Nach einem Aspekt ist das Verschiebeelement oder das Deckelelement mechanisch betätigbar und/oder elektronisch steuerbar. Mittels der mechanischen Betätigung kann der Fahrzeuginsasse selbst seine Privatsphäre sicherstellen und dies optisch einfach kontrollieren. Mittels elektronischer Steuerung kann die Abdeckungsvorrichtung auch von einem Steuergerät des Lenkstockschalters bewegt werden. Nach einem Aspekt wird bei elektronischer Steuerung der Abdeckungsvorrichtung der Fahrzeuginsasse für den entsprechenden Anwendungsvorgang vorab informiert und hat mittels gleichzeitiger mechanischer Betätigung der Abdeckungsvorrichtung dennoch die Möglichkeit, manuell mechanisch die Abdeckungsvorrichtung zu betätigen, um seine individuellen Bedürfnisse nach Privatsphäre zu gewähren.According to a further aspect, the covering device can be mechanically operated and/or electronically controlled. According to one aspect, the sliding element or the cover element can be mechanically operated and/or electronically controlled. By means of the mechanical operation, the vehicle occupant can ensure his own privacy and easily check this visually. By means of electronic control, the covering device can also be moved by a control unit of the steering column switch. According to one aspect, when the covering device is electronically controlled, the vehicle occupant is informed in advance of the corresponding application process and, by means of simultaneous mechanical operation of the covering device, still has the option of manually operating the covering device in order to ensure his individual need for privacy.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst der Lenkstockschalter Mittel, einen abgedeckten und/oder freigegebenen Zustand der Abdeckungsvorrichtung zu erfassen und/oder zu verarbeiten, beispielsweise durch interne Signalverarbeitung. Damit kann beispielsweise der Fahrzeuginsasse daran erinnert werden, bei Nutzung des Fahrzeug-Überwachungssystems die Abdeckungsvorrichtung zu öffnen.According to a further aspect, the steering column switch comprises means for detecting and/or processing a covered and/or released state of the cover device, for example by means of internal signal processing. This can, for example, remind the vehicle occupant to open the cover device when using the vehicle monitoring system.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Beleuchtungsvorrichtung eine Leuchtdiode.According to a further aspect, the lighting device is a light-emitting diode.
Nach einem Aspekt ist die Beleuchtungsvorrichtung in die Abdeckungsvorrichtung integriert. Die Leuchtdiode ist nach einem Aspekt in der Abdeckungsvorrichtung integriert.According to one aspect, the lighting device is integrated into the cover device. According to one aspect, the light-emitting diode is integrated into the cover device.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Erfassungsvorrichtung eine 2D Kamera. Damit ist kein 3D Infrarot-Gesichtsscan erforderlich, um den Fahrzeuginsassen als Fahrzeugführer zu identifizieren.According to another aspect, the detection device is a 2D camera. This means that a 3D infrared facial scan is not required to identify the vehicle occupant as the driver.
Erfindungsgemäß sind die Lufteinlassöffnung, die Detektionsvorrichtung, die Auswertevorrichtung, die Signalschnittstelle, die Beleuchtungsvorrichtung, die Erfassungsvorrichtung und/oder die Abdeckungsvorrichtung in einem Gehäuse des Lenkstockschalters integriert. Damit wird ein miniaturisiertes System bereitgestellt.According to the invention, the air inlet opening, the detection device, the evaluation device, the signal interface, the lighting device, the detection device and/or the cover device are integrated in a housing of the steering column switch. This provides a miniaturized system.
Nach einem weiteren Aspekt sind die Lufteinlassöffnung, die Beleuchtungsvorrichtung, die Erfassungsvorrichtung und/oder die Abdeckungsvorrichtung in einem Schalthebel des Lenkstockschalters integriert. Damit wird die technische Funktionsweise wie voran beschrieben weiter verbessert.According to a further aspect, the air inlet opening, the lighting device, the detection device and/or the cover device are integrated in a switch lever of the steering column switch. This further improves the technical functionality as described above.
Nach einem weiteren Aspekt sind die Beleuchtungsvorrichtung, die Erfassungsvorrichtung und die Abdeckungsvorrichtung als ein eigenständiges System ausgeführt. Ein derartiges System kann an bestehenden Lenkstockschaltern nachgerüstet werden.According to a further aspect, the lighting device, the detection device and the covering device are designed as an independent system. Such a system can be retrofitted to existing steering column switches.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Detektionsvorrichtung ausgeführt zur Bestimmung von Bestandteilen in Ausatemluft und/oder Raumluft und die Auswertevorrichtung ist ausgeführt zur Bestimmung einer Fahruntüchtigkeit des Fahrzeuginsassen basierend auf der Bestimmung der Zusammensetzung der Ausatemluft und/oder Raumluft. Ausatemluft wird in ausreichenden Mengen kontinuierlich abgegeben. Damit wird eine kontinuierliche Überwachung einer Fahruntüchtigkeit basierend auf Ausatemluft ermöglicht. Es sind keine chemischen Verfahren, die bei der Bestimmung des Alkoholgehalts in Atemluft beispielsweise auf ein Blasrohr angewiesen sind und damit unkomfortabel sind, erforderlich. Über die Raumluft kann Gestank im Innenraum des Fahrzeuges, beispielsweise aufgrund von chemischen Ausdünstungen in der Fahrzeugverkleidung oder Rauchen im Nichtraucherfahrzeug bei Car-Sharing erkannt werden.According to a further aspect, the detection device is designed to determine components in exhaled air and/or room air and the evaluation device is designed to determine whether the vehicle occupant is unfit to drive based on determining the composition of the exhaled air and/or room air. Exhaled air is continuously released in sufficient quantities. This enables continuous monitoring of an inability to drive based on exhaled air. No chemical processes are required that, for example, rely on a blowpipe when determining the alcohol content in exhaled air and are therefore uncomfortable. The room air can be used to detect stench in the interior of the vehicle, for example due to chemical fumes in the vehicle trim or smoking in a non-smoking vehicle in car sharing.
Die Überwachung der Fahruntüchtigkeit umfasst das Feststellen einer Müdigkeit des Fahrzeuginsassen, beispielsweise des Fahrzeugführers. Die Müdigkeit wird nach einem Aspekt über den Anteil von Isopren in der Ausatemluft und/oder von Kohlenstoffdioxid in Ausatemluft und/oder Raumluft bestimmt. Nach einem weiteren Aspekt wird die Müdigkeit mittels des Anteils von Isopren in der Ausatemluft in Kombination mit der Auswertung von Aufnahmen der Erfassungsvorrichtung bestimmt.Monitoring driving incompetence involves determining whether the vehicle occupant, for example the driver, is tired. According to one aspect, tiredness is determined by the proportion of isoprene in the exhaled air and/or carbon dioxide in the exhaled air and/or room air. According to another aspect, tiredness is determined by means of the proportion of isoprene in the exhaled air in combination with the evaluation of images from the detection device.
Beispielsweise kann über die Aufnahmen der Erfassungsvorrichtung ein Lidschlag des Fahrzeuginsassen, beispielsweise des Fahrzeugführers, ausgewertet werden. Ein Lidschlag weist unterschiedliche zeitliche Längen auf. Normalerweise variiert er zwischen 50 und 125 Millisekunden. Liegt eine Müdigkeit vor, verlangsamt sich der Lidschlag.For example, the recordings from the detection device can be used to evaluate the blink of an eyelid by a vehicle occupant, such as the driver. Blinks vary in length. They usually vary between 50 and 125 milliseconds. If the person is tired, the blinking speed slows down.
Die Überwachung der Fahruntüchtigkeit umfasst ferner über die Bestimmung von spezifischen VOCs und/oder VSCs in der Ausatemluft wie voran beschrieben die Feststellung, ob der Fahrzeuginsasse unter Einfluss von Drogen steht. Die Überwachung der Fahruntüchtigkeit umfasst außerdem über die Bestimmung von spezifischen VOCs und/oder VSCs in der Ausatemluft wie voran beschrieben die Feststellung eines Krankheitszustandes des Fahrzeuginsassen, beispielsweise Erkennung von Diabetes oder Herzinfarkt.Monitoring the inability to drive also includes determining whether the vehicle occupant is under the influence of drugs by determining specific VOCs and/or VSCs in the exhaled air as described above. Monitoring the inability to drive also includes determining whether the vehicle occupant is under the influence of drugs by determining specific VOCs and/or VSCs in the exhaled air as described above.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die Signalschnittstelle das Steuerungs- und/oder Regelungssignals einer Wegfahrsperre bereit.According to a further aspect, the signal interface provides the control and/or regulation signal of an immobilizer.
Wegfahrsperre bezeichnet allgemein Lock-Möglichkeiten und/oder Aktuatoren, die eine Anfahrt und/oder Weiterfahrt des Fahrzeuges einschränken oder verhindern können. Beispiele für Wegfahrsperren sind Zündschlüssel, mechanische und/oder elektronische Handbremse, Bremsen, Getriebe-Lock, eMotor-Lock. Nach einem Aspekt ist die Wegfahrsperre eine elektronische Wegfahrsperre. In Verbindung mit der Analyse der Ausatemluft auf Vorhandensein von Ethanol wird damit mittels des Lenkstockschalters eine Alkohol-Wegfahrsperre bereitgestellt.Immobilizer generally refers to locking options and/or actuators that can restrict or prevent the vehicle from starting and/or continuing to drive. Examples of immobilizers are ignition keys, mechanical and/or electronic handbrakes, brakes, transmission locks, eMotor locks. In one aspect, the immobilizer is an electronic immobilizer. In conjunction with the analysis of the exhaled air for the presence of ethanol, an alcohol immobilizer is provided using the steering column switch.
Das hier offenbarte Fahrzeug umfasst wenigstens einen Lenkstockschalter wie voran beschrieben. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein PKW, LKW, Bus, eine Baumaschine oder eine Landmaschine.The vehicle disclosed here comprises at least one steering column switch as described above. The vehicle is, for example, a car, truck, bus, construction machine or agricultural machine.
Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Es zeigen:
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1 ein aus dem Stand der Technik bekannter Lenkstockschalter, -
2 ein Ausführungsbeispiel eines hier offenbarten Lenkstockschalters, -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier offenbarten Lenkstockschalters, -
4 ein Ausführungsbeispiel eines hier offenbarten Lenkstockschalters angeordnet an einem Lenkrad und -
5 ein Ausführungsbeispiel eines hier offenbarten Lenkstockschalters angeordnet an einem Lenkstock.
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1 a steering column switch known from the state of the art, -
2 an embodiment of a steering column switch disclosed here, -
3 another embodiment of a steering column switch disclosed here, -
4 an embodiment of a steering column switch disclosed here arranged on a steering wheel and -
5 an embodiment of a steering column switch disclosed here arranged on a steering column.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. Übersichtshalber werden in den einzelnen Figuren nur die jeweils relevanten Bezugsteile hervorgehoben.In the figures, identical reference symbols refer to identical or functionally similar reference parts. For the sake of clarity, only the relevant reference parts are highlighted in the individual figures.
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