微机电惯性测量单元的制作方法

1.本公开总体涉及一种在机动车辆内的位置确定各种侧倾、俯仰和偏航速率测量的系统。更具体地，本公开的各方面涉及用于采用多个微机电系统(mems)陀螺仪来实现自动车辆的导航级惯性测量单元(imu)性能的系统、方法和设备。


背景技术：

2.高级驾驶员辅助系统(adas)和其他电子车辆系统必须精确地检测车辆的位置和运动，以便执行由车辆系统执行的各种任务。通常，imu用于连续检测车辆周围各点的加速度和角速率，全球导航卫星系统(gnss)用于检测车辆的地理空间定位。然后，该数据与其他传感器数据(比如激光雷达、雷达和相机数据)一起耦合到adas系统，从而可以准确预测车辆周围的环境，以安全执行adas操作。
3.adas系统中imu所需的导航级精度通常需要昂贵且复杂的系统来实现0.01度/小时或更好的偏置稳定性。以前，只有使用昂贵的光纤陀螺(fog)或环形激光陀螺(rlg)惯性技术才能获得这种水平的imu稳定性。希望提供一种用于adas操作的低成本导航级imu，同时克服上述问题。
4.在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此它可能包含不构成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.本文公开了用于提供车辆系统的车辆传感器方法和系统以及相关控制逻辑、用于制造和操作这种系统的方法以及装备有车载控制系统的机动车辆。作为示例而非限制，给出了用于精确确定车辆加速度的系统的各种实施例，并且在此公开了用于在机动车辆中执行角速率检测的方法。
6.根据本公开的一方面，一种装置包括：支撑结构，其具有矩形立方体配置；第一传感器，其配置成检测第一角速率，其中第一传感器固定到支撑结构的第一侧；第二传感器，其配置成检测第二角速率，其中第二传感器固定到支撑结构的第二侧；第三传感器，其配置成检测第三角速率，其中第三传感器固定到支撑结构的第三侧；处理器，其配置为响应于第一角速率、第二角速率和第三角速率来产生总角速率；以及车辆控制器，其配置为响应于总角速率来控制车辆。
7.根据本公开的另一方面，其中支撑结构的第一侧、支撑结构的第二侧和支撑结构的第三侧形成立方体配置的顶点。
8.根据本公开的另一方面，其中第一传感器沿着第一轴定向，第二传感器沿着第二轴定向，第三传感器沿着第三轴定向，其中第一轴、第二轴和第三轴通过公共点且各自成对垂直。
9.根据本公开的另一方面，其中第一传感器、第二传感器和第三传感器中的每个都包括微机电系统。
10.根据本公开的另一方面，其中第一传感器、第二传感器和第三传感器中的每个都包括盘式谐振器陀螺仪。
11.根据本公开的另一方面，其中第一角速率、第二角速率和第三角速率中的每个都包括旋转加速度。
12.根据本公开的另一方面，其中总角速率包括偏航速率、侧倾速率和俯仰速率中的至少一个。
13.根据本公开的另一方面，还包括集成测量单元处理器，用于响应于总角速率和gnss数据来估计车辆加速度。
14.根据本公开的另一方面，其中处理器固定到支撑结构的第四侧，并通过至少一根柔性电缆与第一传感器、第二传感器和第三传感器通信耦合。
15.根据本公开的另一方面，一种方法包括从具有第一定向的第一传感器接收第一角速率，从具有第二定向的第二传感器接收第二角速率，从具有第三定向的第三传感器接收第三角速率，响应于第一角速率、第二角速率和第三角速率来产生总角速率，以及响应于总角速率来控制车辆。
16.根据本公开的另一方面，还包括响应于总角速率确定车辆加速度，并且其中响应于车辆加速度控制车辆。
17.根据本公开的另一方面，还包括响应于总角速率来估计车辆侧倾、偏航或俯仰中的至少一个。
18.根据本公开的另一方面，其中总角速率包括偏航速率、侧倾速率和俯仰速率中的至少一个。
19.根据本公开的另一方面，其中第一角速率、第二角速率和第三角速率中的每个都包括旋转加速度。
20.根据本公开的另一方面，其中第一传感器、第二传感器和第三传感器每个都固定到具有立方体配置的支撑结构上。
21.根据本公开的另一方面，其中第一传感器、第二传感器和第三传感器中的每个都包括微机电系统。
22.根据本公开的另一方面，其中第一传感器、第二传感器和第三传感器中的每个都包括盘式谐振器陀螺仪。
23.根据本公开的另一方面，还包括响应于总角速率和gnss数据来估计车辆加速度。
24.根据本公开的另一方面，一种车辆镜控制系统，包括：支撑结构，其具有立方体配置，带有第一侧、第二侧和第三侧，并且其中第一侧、第二侧和第三侧形成立方体配置的顶点；固定到支撑结构的第一侧的第一传感器，第一传感器配置为检测第一角速率，固定到支撑结构的第二侧的第二传感器，第二传感器配置成检测第二角速率，固定到支撑结构的第三侧的第三传感器，第三传感器配置成检测第三角速率，通信耦合到第一传感器、第二传感器和第三传感器的处理器，处理器配置成响应于第一角速率、第二角速率和第三角速率来产生总角速率；以及车辆控制器，其配置为响应于总角速率执行高级驾驶员辅助系统操作以控制车辆。
25.根据本公开的另一方面，其中第一传感器、第二传感器和第三传感器中的每个包括微机电系统，并且总角速率包括偏航速率、侧倾速率和俯仰速率中的至少一个。
26.当结合附图时，从以下优选实施例的详细描述中，本公开的上述优点和其他优点和特征将变得显而易见。
附图说明
27.下文将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
28.图1示出了图示根据本公开的示例性实施例的在机动车辆中采用微机电惯性测量单元(imu)的系统的框图；
29.图2示出了根据本公开的示例性实施例的用于机动车辆中的惯性测量单元(imu)的示例性传感器的图示；
30.图3示出了流程图，其示出了根据本公开的示例性实施例的使用多个mems传感器来确定角速率的示例性方法；
31.图4示出了根据本公开的另一示例性实施例的用于响应于角速率来控制机动车辆的系统的框图；
32.图5示出了流程图，其示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于响应于角速率来控制机动车辆的另一示例性方法；以及
33.图6示出了根据本公开的示例性实施例的用于机动车辆中的惯性测量单元(imu)的示例性传感器布置的图示。
34.这里阐述的示例说明了本发明的优选实施例，并且这些示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
35.下面的详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制应用和用途。此外，没有意图被在前面的技术领域、背景、简要概述或下面的详细描述中提出的任何明示或暗示的理论所束缚。如本文所用，术语模块指的是专用集成电路(asic)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。
36.本技术公开了一种基于最先进的mems硅陀螺仪传感器的低成本、高性能汽车内部imu的制造系统和方法。示例性系统可以通过在正交x/y/z配置中组合三个陀螺仪传感器来实现具有低成本硅陀螺仪传感器的自动车辆的导航级imu性能。这些传感器将与小形状因子的校准和控制电子设备相结合。在一些示例性实施例中，形状因子可以是20mm
×
20mm
×
20mm的立方体。
37.现在转到图1，示出了说明根据本公开的示例性实施例在机动车辆中采用微机电imu105的系统100的框图。示例性系统100可包括adas处理器120、用户接口125、车辆控制器145、gnss传感器150、相机110、图像处理器115和imu105，imu105还可包括第一传感器140、第二传感器130和imu处理器135。
38.adas处理器120配置为从imu处理器135、图像处理器115、用户接口125、gnss150和其他车辆传感器和系统接收数据，以便执行adas操作，比如车道居中操作、自适应巡航控制、全自动驾驶、按需变道和其他adas操作。
39.相机110可以是前视相机、后视相机，或者可以是安装在车辆每一侧的多个相机中的一个，使得车辆周围的所有区域都在至少一个相机的视野内。相机110可以将图像或一系列图像传输到图像处理器115，用于处理图像并将该信号耦合到adas处理器120。
40.图像处理器115可配置成从一个或多个相机110接收图像或视频数据，并对这些图像执行图像处理技术，以便检测车辆附近的物体。图像处理技术可以包括边缘检测、定向梯度直方图(hog)、基于区域的卷积神经网络(r-cnn)、基于区域的完全卷积网络(r-fcn)、单触发检测器(ssd)和/或空间金字塔池(spp-net)。图像处理器115可以配置成响应于检测到的物体生成物体图，并将该物体图耦合到adas处理器120，以在adas操作期间使用。
41.imu105是用于测量设备上的力的设备，比如加速度、变化的角速率、定向等。这些测量可以使用多个传感器进行，比如加速度计、陀螺仪和/或磁力计。对应于测量的力的数据可以与gnss数据结合，并提供给adas处理器120或车辆跟踪系统，从而可以估计车辆的当前速度、转弯速率、航向、倾角和加速度，并可以执行航位推算操作。该数据可以进一步与车辆车轮速度传感器输出和来自车辆控制器145、节气门控制器、制动控制器或转向控制器的其他数据相结合。
42.在一些示例性实施例中，imu105可以包括第一传感器140、第二传感器130和imu处理器135。第一传感器140和第二传感器130可以是相同的传感器，其中每个传感器包括用于感测角速率的多个角速率传感器。这些角速率可被提供为围绕x、y和z轴中的每个的侧倾、俯仰和偏航。来自第一传感器140和第二传感器130中的每个的角速率数据可以耦合到imu处理器135。imu处理器135然后可以响应于从每个传感器接收的角速率数据计算车辆的总角速率、总加速度、x加速度、y加速度、z加速度和/或俯仰、侧倾和偏航。
43.现在转到图2，示出了根据本公开的示例性实施例的用于机动车辆中的imu的示例性传感器200的图示。示例性传感器200可以包括配置为接收多个mems传感器210、215、220的支撑结构225，以及通过柔性电缆245耦合到每个mems传感器210、215、220的专用集成电路(asic)250。在一些示例性实施例中，支撑结构225是具有六个侧面的立方体，其中三个mems传感器210、215、220以正交x/y/z配置定位在支撑结构的三个侧面上。每个mems传感器210、215、220然后通过柔性电缆245电耦合到asic。在一些实施例中，mems传感器210、215、220可以采用将在车辆电子控制单元(ecu)中使用的盘式谐振器陀螺仪(drg)技术，用于自动车辆感测和定位。drg传感器可以具有0.01度/小时的偏置稳定性。
44.例如，第一mems传感器210可以固定到支撑结构225的上表面，其中上表面在x、y定向上是平面的，并且与z轴正交。第二mems传感器215可以安装在支撑结构的第一侧表面上，其中第一侧表面在x、z定向上是平面的，并且与y轴正交。第三mems传感器220可以安装在支撑结构的第二侧表面上，其中第二侧表面在y、z方向上是平面的，并且与x轴正交。mems传感器210、215、220可以通过至少一个柔性电缆245耦合到asic250，该柔性电缆245用于在mems传感器210、215、220和asic250之间耦合数据。mems传感器210、215、220中的每个可以通过asic250和任何模块端子焊盘之间的引线接合而被引线接合到至asic250的柔性电缆245。在一些实施例中，第一mems传感器210可以固定到印刷电路板，并且印刷电路板可以固定到支撑结构225的上表面。同样，第二mems传感器215和第三mems传感器220可以各自固定到印刷电路板，印刷电路板分别固定到第一表面和第二表面。
45.asic250可以配置成提供用于外部接口(spi)、设备诊断和校准存储器的mems传感
器210、215、220的前端接口电路。asic250可以配置成从每个mems传感器210、215、220接收数据。该数据可以包括角速度，比如用于mems传感器210、215、220的教导的侧倾、俯仰和偏航。asic250然后配置成响应于来自mems传感器210、215、220的角速度产生总角速度。可以使用几何和/或三角运算来生成总角速度。在一些实施例中，asic250可以附接到支撑结构，使得传感器200具有简化的物理结构。来自asic250的数据然后可以通过电缆、总线接口等耦合到imu处理器。
46.传感器200可以固定到主车辆上的不同位置。支撑结构可以包括附接机构，比如用于接收螺栓的螺纹腔。可替代地，传感器200可以焊接或以其他方式固定到ecu或其他主车辆电子设备内的印刷电路板组件(pcba)。传感器可以装在带有金属顶盖的预成型陶瓷或硅外壳内。传感器壳体可以进一步结合射频屏蔽以减少电磁辐射。例如，金属网格可以结合在预模制的陶瓷外壳内，或者可以应用于外壳的表面，以提供连续的电磁屏蔽。该外壳还可以采用围绕外壳底部周边的接地点，以为屏蔽提供电接地，以及为传感器200提供机械支撑和散热。在最终测试和运输之前，可以使用内部电子器件和数字接口进一步调整传感器200的温度偏移、比例因子和线性度。
47.现在转到图3，示出了说明根据本公开的示例性实施例的使用多个mems传感器确定总角速度的示例性方法300的流程图。示例性方法可以由示例性传感器内的asic来执行。在该示例性实施例中，该方法首先用于从第一mems传感器接收310第一角速率。该方法用于从第二mems传感器接收315第二角速率。该方法接下来从第三mems传感器接收320第三角速率。第一、第二和第三角速率可以通过柔性电缆等在相应的mems传感器和asic器件之间传输。asic器件可以集成到包括第一mems传感器、第二mems传感器、第三mems传感器的传感器中，或者可以通过一个或多个柔性电缆耦合到传感器。第一、第二和第三角速率可以包括每个mems传感器的角速率，比如俯仰、偏航和侧倾和/或角加速度。
48.在一些示例性方法中，第一mems传感器、第二mems传感器和第三mems传感器可以配置在一起，每个mems传感器定向成与每个其他mems传感器成90度角。例如，第一mems传感器可以垂直于x,y平面定向，第二mems传感器垂直于x,z平面定向，第三mems传感器垂直于y,z平面定向。在围绕立方体支撑结构配置传感器的情况下，第一mems传感器可以固定到立方体支撑结构的正面，第二mems传感器可以固定到立方体支撑结构的侧面，第三mems传感器可以固定到立方体支撑结构的顶面。
49.该方法接下来配置用于响应于第一角速率、第二角速率和第三角速率产生325总角速率。可以使用几何和三角运算来生成总角速率。在聚合之前，可以将校准和/或加权因子应用于一个或多个角速率。聚合由asic设备执行。最后，该方法用于将总角速率传输330到imu处理器。imu处理器可以从车辆上的各种传感器接收多个总角速率，以供车辆控制系统等使用。
50.现在转到图4，示出了根据本公开的示例性实施例的用于响应于总角速率来控制机动车辆的系统400的框图。车辆镜控制系统包括第一传感器405、第二传感器410、第三传感器415、处理器420和车辆控制器425。
51.第一传感器405配置成检测第一传感器405的位置处的第一角速率。第一传感器405可以是mems角速率传感器或盘式谐振器陀螺仪。第一传感器405可以配置成检测和报告第一角速率，其中第一角速率是角速度，比如偏航速率、侧倾速率和俯仰速率。此外，第一角
速率可以是加速度的角速率。在该示例中，x、y和z指的是三维笛卡尔坐标系中的轴。
52.第一传感器405可以刚性地固定在支撑结构的一部分上。在一实施例中，支撑结构具有矩形立方体配置。支撑结构可以固定到印刷电路板上，比如车辆电子控制单元内的印刷电路板。可替代地，支撑结构可以固定到车辆底盘或其他车辆部件上。
53.类似于第一传感器405，第二传感器410和第三传感器415也配置成分别检测和报告第二传感器410和第三传感器415的位置处的第二角速率和第三角速率。在一些实施例中，第一角速率、第二角速率和第三角速率中的每个包括旋转角速率。
54.第二传感器410和第三传感器415也可以刚性地固定到支撑结构上，使得第一传感器405、第二传感器410和第三传感器415中的每个都垂直于另外两个传感器的平面定向。例如，第一传感器405可以沿着x轴定向，第二传感器410可以沿着y轴定向，第三传感器可以沿着z轴定向。在该示例中，第一轴、第二轴和第三轴通过公共点且每个都成对垂直。在一些实施例中，支撑结构的第一侧、支撑结构的第二侧和支撑结构的第三侧形成立方体配置的顶点。
55.处理器420可以接收来自第一传感器405的第一角速率值、来自第二传感器410的第二角速率值和来自第三传感器415的第三角速率值。这些角速率值可以通过柔性电缆等从传感器传输到处理器420。处理器420然后配置成响应于第一角速率值、第二角速率值和第三角速率值产生总角速率。总角速率可以包括偏航速率、侧倾速率和俯仰速率中的一个或多个。在一些实施例中，处理器可以固定到支撑结构的第四侧，并且通过至少一个柔性电缆通信耦合到第一传感器、第二传感器和第三传感器。柔性电缆可以是柔性基板，电迹线印刷在柔性基板上。
56.在一些实施例中，总角速率可耦合到集成测量单元处理器，用于响应于总角速率和gnss数据来估计车辆加速度。该车辆加速度然后耦合到车辆控制器，用于adas算法的执行。车辆控制器配置成响应于总角速率和/或车辆加速度来控制车辆。例如，车辆控制器可以执行adas算法，并且可以使用车辆加速度作为adas算法的输入。
57.在一些示例性实施例中，该系统可以是惯性测量单元，其包括具有立方体配置的支撑结构，具有第一侧、第二侧和第三侧，并且其中第一侧、第二侧和第三侧形成立方体配置的顶点。示例性惯性测量单元还包括固定到支撑结构的第一侧的第一传感器，第一传感器配置成检测第一角速率，固定到支撑结构的第二侧的第二传感器，第二传感器配置成检测第二角速率，固定到支撑结构的第三侧的第三传感器，第三传感器配置成检测第三角速率，通信地耦合到第一传感器、第二传感器和第三传感器的处理器，处理器配置成响应于第一角速率、第二角速率和第三角速率来产生总角速率，以及车辆控制器，其配置成响应于总角速率来执行高级驾驶员辅助系统操作以控制车辆。在一些实施例中，第一传感器、第二传感器和第三传感器中的每个可以包括微机电系统，并且总角速率可以包括偏航速率、侧倾速率和俯仰速率。
58.现在转到图5，示出了流程图，该流程图图示了根据本发明的示例性实施例的用于响应于总角速率来控制机动车辆的另一示例性方法500。该方法首先用于从具有第一定向的第一传感器接收510第一角速率。第一传感器可以固定在支撑结构上，并位于机动车辆内的某个位置。由第一传感器检测的第一角速率可以包括偏航速率、侧倾速率和俯仰速率中的至少一个。
59.该方法接下来配置成从具有第二定向的第二传感器接收520第二角速率。第二传感器也可以固定到支撑结构上，使得第二定向不等于第一定向。在一些示例性实施例中，第二定向正交于第一定向。例如，第一定向可以平行于车辆的中心线，其中中心线从车辆的前部延伸到后部。第二定向将垂直于车辆的中心线。
60.该方法接下来配置成从具有第三定向的第三传感器接收530第三角速率。在一些示例性实施例中，第三定向与第一定向和第二定向都正交。第三定向可以与车辆的中心线成90度，并且与垂直于中心线的定向成90度。例如，第三定向可以是竖直的，第二定向可以是横向的，第一定向可以是纵向的。在一些实施例中，第一角速率、第二角速率和第三角速率中的每个都包括旋转加速度。第一角速率、第二角速率和第三角速率中的每个可以包括侧倾速率、偏航速率和俯仰速率中的至少一个。
61.在一些实施例中，支撑结构可以具有立方体配置，并且其中第一传感器、第二传感器和第三传感器每个都固定到不同侧支撑结构。例如，第一传感器可以安装到立方体支撑结构的正面，第二传感器可以安装到立方体支撑结构的侧面，第三传感器可以安装到立方体支撑结构的顶面。在该示例中，每个传感器都具有与其他两个传感器的定向平面垂直的定向。
62.该方法接下来响应于第一角速率、第二角速率和第三角速率产生540总角速率，其中总角速率包括偏航速率、侧倾速率和俯仰速率中的至少一个。第一角速率、第二角速率和第三角速率中的每个可以在用于计算总角速率之前被加权。然后，总角速率可被传输550到车辆控制器和/或imu处理器。
63.该方法接下来用于响应于来自车辆中其他传感器的总角速率和附加总角速率来估计560车辆加速度。例如，执行该示例性方法的系统可以包括位于车辆内不同位置的多个支撑结构。这些示例性支撑结构中的每个都可以包括如前所述的多个传感器。耦合到多个传感器的组中的每一组的asic然后可以确定车辆内该位置的总角速率，并将该总角速率传输到imu处理器。imu处理器然后可以响应于多个总加速度来确定车辆加速度。
64.该方法然后可配置成响应于总角速率和gnss数据生成560车辆加速度。gnss数据可以包括位置和高度数据，并且可以从gnss传感器接收，比如gps接收器等。位置数据和车辆加速度数据然后可以耦合到车辆控制器，并用于响应adas算法等控制570车辆。
65.现在转向图6，示出了根据本公开的示例性实施例的用于机动车辆中的imu的另一示例性传感器布置600。示例性第一传感器601可以包括安装在立方体外壳610内的第一盘式谐振器陀螺仪615、第二盘式谐振器陀螺仪620和第三盘式谐振器陀螺仪625。在一些示例性实施例中，外壳610可由陶瓷材料制成，以提供热稳定性并更紧密地匹配盘式谐振器陀螺仪615、620、625的热性能。此外，外壳610可以在内侧、外侧被涂覆，或者具有形成在陶瓷材料内部的金属网，以便为外壳610的内部提供电磁屏蔽。金属涂层或金属网可以电耦合到印刷电路板605的接地部分。外壳610可以包括可拆卸的盖，该盖也覆盖有金属涂层并且电耦合到外壳610的侧面。可替代地，外壳610可在底部敞开，并电耦合到嵌入印刷电路板605中的接地平面或网格，从而形成全金属外壳，用于减少通过外壳610的电磁辐射的发射和接收。为了提供刚性和可靠的物理连接、低电阻的电耦合、热传导和电磁屏蔽，可以在外壳610上使用大的金属片，用于与印刷电路板605的安全连接。
66.第一盘式谐振器陀螺仪615、第二盘式谐振器陀螺仪620和第三盘式谐振器陀螺仪
625可以通过一个或多个电缆或柔性电路板625、630、640通信耦合到asic635。电导体可以形成在柔性电路板625、630、640上，并且每个盘形谐振器陀螺仪615、620、625可被引线接合到电导体。可替代地，盘式谐振器陀螺仪625、630、640可以通过球栅阵列表面安装配置耦合到柔性电路板625、630、640。
67.每个盘式谐振器陀螺仪615、620、625彼此正交地安装在外壳610的不同侧。例如，第一盘式谐振器陀螺仪615可以安装在外壳610的后侧内部，第二盘式谐振器陀螺仪620可以安装在外壳610的底侧内部，第三盘式谐振器陀螺仪625可以安装在外壳610的一侧内部。每个盘式谐振器陀螺仪615、620、625配置成检测角速率，比如俯仰、偏航和侧倾。每个盘式谐振器陀螺仪615、620、625的输出然后通信耦合到asic635。从每个盘式谐振器陀螺仪615、620、625传输的数据可以是耦合到asic635的模拟数据值。asic635还可以配置成将数据转换成数字格式，以便耦合到imu处理器或车辆控制器。数据可以通过串行外设接口(spi)传输，其中spi数据帧包含3个角速率值以及这些速率值中每个的无效位。asic635还可以通过执行算法来提供反馈和校准，以响应于温度、标度、由温度引起的偏置漂移来校准传感器601的输出。温度传感器可以内置在asic635中，或者可以在外部，温度数据通信地耦合到asic635。
68.示例性传感器系统600还可以包括第二传感器650、第二asic655和用于在第二传感器650和第二asic之间传送数据的第二通信耦合660。第二传感器650和第二asic655可以与第一传感器601和asic635相同，并且可以在传感器故障的情况下用于冗余。此外，出于校准目的和故障检测，可以比较来自第一传感器601和第二传感器650以及asic635和第二asic655的输出。
69.虽然在前面的详细描述中已经介绍了至少一个示例性实施例，但应该理解，存在大量的变化。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供实施一个或多个示例性实施例的便利路线图。应当理解，在不脱离所附权利要求及其法律等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。