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Die
Erfindung betrifft allgemein einen Rückfahrsensor ohne Steuergerät und insbesondere
eine Master-Slave-Sensorarchitektur,
um einen Rückfahrsensor
für ein
Fahrzeug zu bilden, wobei ein Master-Sensor nicht nur für das Erkennen
eines Hindernisses sorgt, sondern auch ein Operationstiming für jeden
Slave-Sensor koordinieren und ein Erkennungsergebnis der Slave-Sensoren
erfassen kann.
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Mitten
unter der sich schnell entwickelnden Technik werden Rückfahrsensoren
für Kraftfahrzeuge
weithin verwendet, um Fahrer beim Zurücksetzen eines Fahrzeugs sicher
zu unterstützen.
Die Empfindlichkeit eines Rückfahrsensors
hängt direkt
mit einer Konfigurationseinstellung und der Anzahl der verwendeten
Sensoren zusammen.
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Mit
Bezug auf 4 weist ein herkömmlicher Rückfahrsensor
mit mehreren Sensoren ein Steuergerät (80) auf, das mit
mehreren Ultraschallsensoren (81)–(84) verbunden ist.
Jeder der mehreren Ultraschallsensoren (81)–(84)
ist mit dem Steuergerät (80) über ein
Kabel verbunden. Das Steuergerät
(80) koordiniert die Sensoren, um ein Hindernis zu erkennen.
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Ferner
weist das Verbindungskabel zwischen den Ultraschallsensoren (81)–(84)
und dem Steuergerät
(80) zumindest eine Energiesignalleitung und eine Zweiwege-Datenübertragungsleitung auf.
Dabei ist jeder der Ultraschallsensoren (81)–(84) mit
dem Steuergerät
(80) über
ein 4-Pin-Kabel zu verbinden. Wenn das besagte Verbindungsverfahren verwendet
wird, ist das Steuergerät
(80) innerhalb eines Fahrzeugs installiert und die Ultraschallsensoren (81)–(84)
sind an einer hinteren Stoßstange
installiert. Unter solchen Bedingungen kann eine Kabellänge zwischen
dem Steuergerät
(80) und den Ultraschallsensoren (81)–(84) üblicherweise
nicht kürzer als
2,5 Meter sein. Deshalb sind die Kosten des Leitungsmaterials ziemlich
hoch, und außerdem
ist es wahrscheinlich, dass die lange Datenleitung durch Störung beeinflusst
wird.
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Auf
der anderen Seite gibt es auch ein Problem beim Prüfen von
Teilen eines Fahrzeugs und bei der Montage des Fahrzeugs. Da die
Ultraschallsensoren (81)–(84) an der hinteren
Stoßstange
installiert sind, wohingegen das Steuergerät (80) innerhalb des
Fahrzeugs installiert ist, kann die Funktion des Rückfahrsensors
nicht geprüft
werden, bevor die hintere Stoßstange
an dem Fahrzeug befestigt ist. Daher ist er für die Installation und das
Prüfen
von Funktionen ziemlich unbequem, so dass die Produktionseffizienz
reduziert wird.
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Die
Erfindung sieht einen Rückfahrsensor ohne
ein Steuergerät
für ein
Fahrzeug vor, welcher eine Master-Slave-Sensorarchitektur anwendet. Mit dem
erfindungsgemäßen Rückfahrsensor
ohne das Steuergerät
kann das Steuergerät
einer Rückfahrvorrichtung
eliminiert werden und die Vorrichtung kann auch vor der Montage
auf Probleme hin geprüft
werden. Ferner können
mit der Erfindung die Kosten des Leitungsmaterials reduziert werden.
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Um
die oben genannten Ziele zu erreichen, weist die erfindungsgemäße Rückfahrsensor-Vorrichtung
für ein
Fahrzeug zumindest einen Master-Sensor und mehr als einen Slave-Sensor
auf. Der Master-Sensor weist einen Mikroprozessor, eine Ultraschallemissionsschaltung,
eine Reflexionswellenerfassungsschaltung und eine Alarmschaltung
auf. Der Master-Sensor sorgt nicht nur für das Erkennen des Hindernisses,
sondern kann auch das Operationstiming für jeden der Slave-Sensoren
koordinieren. Auf diese Weise ersetzt der Master-Sensor die Funktionalität eines
herkömmlichen
Steuergeräts. Der
Master-Sensor ist mit den Slave-Sensoren verbunden und verwendet
auch ein Timesharing-Prinzip und ein Abfrageverfahren, um das Timing
jedes Slave-Sensors zum Erfassen eines Erkennungsergebnisses zu
steuern. Außerdem
weist der Slave-Sensor einen Mikroprozessor, eine Ultraschallemissionsschaltung
und eine Reflexionswellenerfassungsschaltung auf. Da der Master-Sensor
und die Slave-Sensoren an der hinteren Stoßstange eines Fahrzeugs installiert
sind, kann der Rückfahrsensor,
wenn ein Fahrzeug in einem Werk montiert wird, einfach an der Stoßstange
geprüft
werden, ohne dass die hintere Stoßstange an dem Fahrzeug angebracht
werden muss. Folglich können
die Prüfverfahren
weiter verbessert werden.
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In
den Zeichnungen zeigen
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1A ein
System-Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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1B ein
System-Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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2A–2D einen
detaillierten Schaltplan eines Master-Sensors der Erfindung;
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3A–3C einen
detaillierten Schaltplan eines Slave-Sensors der Erfindung;
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4 ein
Blockdiagramm eines herkömmlichen
Rückfahrsensors
mit mehreren Sensoren.
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Mit
Bezug auf entweder 1A oder 1B weist
ein System-Blockdiagramm der Erfindung hauptsächlich einen Master-Sensor (10)
und mehrere Slave-Sensoren (20) auf. Jeder Slave-Sensor (20) ist
jeweils mit dem Master-Sensor (10) über eine unabhängige Leitung
verbunden und kommuniziert auch mit dem Master-Sensor (10).
Außerdem
können
die Slave-Sensoren (20) auch wechselseitig mit dem Master-Sensor
(10) über
eine einzige Kommunikationsleitung verbunden sein. Ganz gleich,
wie der Master-Sensor (10) mit den Slave-Sensoren (20)
verbunden ist, verwendet der Master-Sensor (10) ein Abfrageverfahren,
um das Timing jedes Slave-Sensors (20) zum Erfassen eines
Erkennungsergebnisses zu steuern. Jeder Slave-Sensor (20)
sendet Erkennungsdaten zu dem Master-Sensor (10) nur, wenn
der Slave-Sensor (20) einen Abfragebefehl von dem Master-Sensor
empfängt.
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Einen
detaillierten Schaltplan eines realisierbaren Beispiels einer bevorzugten
Ausführungsform des
Master-Sensors (10) ist in den 2A–2D gezeigt.
Der Master-Sensor (10) weist einen Mikroprozessor U1, eine
Ultraschallemissionsschaltung (12), eine Reflexionswellenerfassungsschaltung
(13) und eine Alarmschaltung (14) auf.
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Der
Mikroprozessor U1 wird als ein Steuerzentrum verwendet, welcher
für das
Erzeugen eines 40 kHz-Rechtecksignals,
das Erfassen des Erkennungsergebnisses der Slave-Sensoren (20),
das Kommunizieren mit den Slave-Sensoren (20) über eine
Torschaltung 74HC4016, das Berechnen eines Abstandes von dem Hindernis
zu dem Fahrzeug und das Starten eines Alarms sorgt. In dieser bevorzugten
Ausführungsform
ist der Mikroprozessor U1 ein von der Firma ATMEL hergestellter
ATMEGA8-Chip. Ferner weist der Mikroprozessor U1 einen eingebauten
A/D (analog/digital)-Wandler auf.
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Die
Ultraschallemissionsschaltung (12) weist einen Transistor
Q1 und eine Aufwärtsspule
L1 auf. Eine Basis des Transistors Q1 ist an einem Rechtecksignalausgabe-Pin 12 des
Mikroprozessors U1 angeschlossen, um ein 40 kHz-Rechteckwellensignal herauf zu transformieren,
welches von dem Mikroprozessor U1 ausgegeben wird. Dann sendet ein aus
einer piezoelektrischen Keramik bestehender Ultraschall-Transceiver
(in der Schaltung nicht gezeigt) eine Ultraschallwelle aus.
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Die
Reflexionswellenerfassungsschaltung (13) weist eine Mehrzahl
von Widerständen
R1, R2, einen Kondensator C5 und eine Verstärkerschaltung mit einer Mehrzahl
von Operationsverstärkern
U5C, U5D und U5A auf. Nachdem die Ultraschallemissionsschaltung
(12) die Ultraschallwelle über die piezoelektrische Keramik
ausgesendet hat, wird ein Teil eines Ultraschallsignals zu der piezoelektrischen
Keramik reflektiert, wenn die Ultraschallwelle bei einem Sendevorgang
auf ein Hindernis stößt. Die
piezoelektrische Keramik wandelt das reflektierte Signal in ein
schwaches Kommunikationssignal um. Das schwache Kommunikationssignal
wird dann durch die Verstärkerschaltung über die
Widerstände
R1, R2 und den Kondensator C5 verstärkt. Die Verstärkerschaltung
sendet das verstärkte
Kommunikationssignal zu einem Analogeingangsanschluss ADC0 des Mikroprozessors
U1. Da der Mikroprozessor U1 den eingebauten 12-Bit-A/D-Wandler
aufweist, kann das verstärkte
analoge Kommunikationssignal in ein digitales Signal umgewandelt
werden. Dann kann eine Entfernung von dem Hindernis zu dem Sensor
gemäß einem
Signalbereich und einer Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des
Sendens der Ultraschallwelle und dem Zeitpunkt des Empfangens der
reflektierten Welle berechnet werden.
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Die
Alarmschaltung (14) weist einen mit einem Summer verbundenen
Transistor Q4 auf. Die Alarmschaltung (14) ist an einen
Steuer-Pin 14 des Mikroprozessors U1 angeschlossen. Der
Mikroprozessor U1 bestimmt gemäß dem Erkennungsergebnis
des Master-Sensors (10) oder anderer Slave-Sensoren (20),
ob der Alarm gestartet wird oder nicht. Wenn der Mikroprozessor
U1 entscheidet, den Alarm zu starten, steuert der Mikroprozessor
U1 den Summer über
den Transistor Q4 an. Wenn der Steuer-Pin 14 des Mikroprozessors
U1 unterschiedliche elektrische Potentiale ausgibt, kann der Summer
den Alarm bei unterschiedlichen Frequenzen erzeugen.
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Ferner
kann der Master-Sensor (10) auch extern mit einer Anzeige
verbunden sein. Die Anzeige ist mit dem Mikroprozessor U1 über die
Torschaltung (11) verbunden, um eine Entfernung von dem Hindernis
zu einem Heck des Fahrzeugs anzuzeigen. Folglich kann die Entfernung
zu dem Hindernis einem Fahrer deutlich angezeigt werden.
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In
dieser bevorzugten Ausführungsform kann
die Torschaltung (11) einen IC (integrierte Schaltung)
Nr. 74HC4016 mit 16 elektronischen Schaltern zum Schalten eines
Kommunikationsziels des Mikroprozessors U1 aufweisen. Wenn der Mikroprozessor
U1 mit einem der Slave-Sensoren (20) kommunizieren muss,
wird ein entsprechender elektronischer Schalter der Torschaltung
(11) geschlossen, um eine Verbindung mit dem dazugehörigen Slave-Sensor
(20) herzustellen. Außerdem
wird in dieser bevorzugten Ausführungsform
die Kommunikation zwischen dem Master-Sensor (10) und der
Anzeige auch durch die Torschaltung (11) ausgewählt. Wenn
der Mikroprozessor U1 mit der Anzeige kommunizieren muss, schließt der Mikroprozessor
U1 den entsprechenden elektronischen Schalter der Torschaltung (11),
so dass das anzuzeigende Signal zu der Anzeige gesendet werden kann.
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Um
die Kosten des Leitungsmaterials weiter zu reduzieren, können die
Sende-/Empfangsdatenleitungen zwischen dem Master-Sensor (10)
und den Slave-Sensoren (20) in einer einzigen Datenleitung kombiniert
werden. Der Mikroprozessor U1 des Master-Sensors (10) steuert
ein Sende-/Empfangstiming, um sicherzustellen, dass Sende-/Empfangsdaten nicht
gleichzeitig auftreten.
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Um
das vorgenannte Ziel zu erreichen, weist der Master-Sensor (10)
ferner eine Kommunikationsschaltung (15) auf. Die Kommunikationsschaltung (15)
weist zwei Transistoren Q2 und Q3 auf. Ein Transistor Q2 ist ein
PNP-Transistor und der andere Transistor Q3 ist ein NPN-Transistor.
Ein Kollektor des Transistors Q2 und eine Basis des Transistors
Q3 sind gegenseitig mit einer Kommunikationsleitung DATA verbunden.
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Die
Kommunikationsleitung DATA ist über die
Torschaltung (11) mit den Slave-Sensoren (20) verbunden.
Eine Basis des Transistors Q2 ist an einen TXD-Pin des Mikroprozessors
U1 angeschlossen und ein Kollektor des Transistors Q3 ist an einen RXD-Pin
des Mikroprozessors U1 angeschlossen. Der Mikroprozessor U1 sendet
und empfängt
Daten über
die beiden Transistoren Q2 und Q3 der Kommunikationsschaltung (15).
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Die
Datenübertragung
zwischen dem Master-Sensor (10) und den Slave-Sensoren
(20) ist eine inverse Übertragung.
Beispielsweise wird ein hohes elektrisches Potential durch ein niedriges
elektrisches Potential übertragen.
Wenn die Kommunikationsleitung DATA verwendet wird, um Daten zu
senden, ist der TXD-Pin des Mikroprozessors U1 eine Daten-Frei-Übertragung oder sendet das
hohe elektrische Potential. In diesem Moment ist der Transistor Q2
ausgeschaltet und die Kommunikationsleitung DATA weist das niedrige
elektrische Potential auf. Wenn der TXD-Pin des Mikroprozessors
U1 das niedrige elektrische Potential sendet, ist der Transistor
Q2 leitend und die Kommunikationsleitung DATA weist das hohe elektrische
Potential auf. Im Gegensatz dazu ist, wenn die Kommunikationsleitung
DATA verwendet wird, um Daten zu empfangen, der Transistor Q3 ausgeschaltet
und der RXD-Pin des Mikroprozessors U1 weist das hohe elektrische
Potential auf, wenn die Kommunikationsleitung DATA keine Daten empfängt oder
das niedrige elektrische Potential empfängt, so dass tatsächlich das
hohe elektrische Potential übertragen
wird. Wenn die Kommunikationsleitung DATA das hohe elektrische Potential aufweist,
so dass ein niedriges elektrisches Potential gesendet wird, ist
der Transistor Q3 leitfähig
und es wird erfasst, dass der RXD-Pin des Mikroprozessors U1 das
niedrige elektrische Potential aufweist.
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Wenn
die Leitung ungenutzt ist, weisen der Master-Sensor (10)
und alle TXD-Pins der Mikroprozessoren der Slave-Sensoren (20)
ein hohes Potential auf. In diesem Moment weist die Kommunikationsleitung
DATA ein niedriges Potential auf, folglich weisen alle RXD-Pins
ein hohes Potential auf. Wenn irgendeiner der Mikroprozessoren das
Senden von Daten anfordert, wird der TXD-Pin zuerst eingestellt, dass
er das niedrige elektrische Potential als ein Startbit aufweist.
In diesem Moment weist die Kommunikationsleitung DATA das hohe elektrische
Potential auf und die RXD-Pins der anderen Mikroprozessoren werden
das niedrige elektrische Potential des Startbits erfassen.
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Ferner
weist mit Bezug auf die 3A–3C der
Slave-Sensor (20)
einen Mikroprozessor U1, eine Ultraschallemissionsschaltung (21)
und eine Reflexionswellenerfassungsschaltung (22) auf.
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Der
Mikroprozessor U1 ist auch ein von der Firma ATMEL hergestellter
Chip ATMEGA8. Der Mikroprozessor U1 arbeitet als ein Steuerzentrum,
welches für
das Erzeugen eines 40 kHz-Rechtecksignals
und das Erfassen eines von einem Hindernis reflektierten Signals
sorgt. Ferner weist der Mikroprozessor U1 einen eingebauten A/D-Wandler
auf.
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Die
Ultraschallemissionsschaltung (21) weist einen Transistor
Q3 und eine Aufwärtsspule
L1 auf. Eine Basis des Transistors Q3 ist an einem Rechtecksignalausgabe-Pin 12 des
Mikroprozessors U1 angeschlossen, um ein 40 kHz-Rechteckwellensignal herauf zu transformieren,
welches von dem Mikroprozessor U1 ausgebeben wird. Dann sendet ein aus
einer piezoelektrischen Keramik bestehender Ultraschall-Transceiver
(in der Schaltung nicht gezeigt) eine Ultraschallwelle aus.
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Die
Reflexionswellenerfassungsschaltung (22) weist eine Mehrzahl
von Widerständen
R1, R2, einen Kondensator C5 und eine Verstärkerschaltung mit einer Mehrzahl
von Operationsverstärkern
U2A, U2B und U2C auf. Nachdem die Ultraschallemissionsschaltung
(21) die Ultraschallwelle über die piezoelektrische Keramik
ausgesendet hat, wird ein Teil eines Ultraschallsignals zu der piezoelektrischen
Keramik reflektiert, wenn die Ultraschallwelle bei einem Sendevorgang
auf ein Hindernis stößt. Die
piezoelektrische Keramik wandelt das reflektierte Signal in ein
schwaches Kommunikationssignal um. Das schwache Kommunikationssignal
wird dann durch die Verstärkerschaltung über die
Widerstände
R1, R2 und den Kondensator C5 verstärkt. Die Verstärkerschaltung
sendet das verstärkte
schwache Kommunikationssignal zu einem Analogeingangsanschluss ADC0
des Mikroprozessors U1. Da der Mikroprozessor U1 den eingebauten
12-Bit-A/D-Wandler aufweist, kann das verstärkte analoge Kommunikationssignal
in ein digitales Signal umgewandelt werden. Dann kann eine Entfernung
von dem Hindernis zu dem Sensor gemäß einem Signalbereich und einer Zeitdifferenz
zwischen dem Zeitpunkt des Sendens der Ultraschallwelle und dem
Zeitpunkt des Empfangens der reflektierten Welle berechnet werden.
-
Um
die Kosten des Leitungsmaterials weiter zu reduzieren, können die
Sende-/Empfangsdatenleitungen zwischen dem Master-Sensor (10)
und den Slave-Sensoren (20) in einer einzigen Datenleitung kombiniert
werden. Um das vorgenannte Ziel zu erreichen, weist jeder Slave-Sensor
(20) ferner eine Kommunikationsschaltung (23)
auf. Die Kommunikationsschaltung (23) weist zwei Transistoren
Q1 und Q2 auf. Ein Transistor Q1 ist ein PNP-Transistor und der
andere Transistor Q2 ist ein NPN-Transistor. Ein Kollektor des Transistors
Q1 und eine Basis des Transistors Q2 sind gegenseitig mit einer
Kommunikationsleitung DATA verbunden. Eine Basis des Transistors
Q1 ist an einen TXD-Pin des Mikroprozessors U1 angeschlossen, und
ein Kollektor des Transistors Q2 ist an einen RXD-Pin des Mikroprozessors
U1 angeschlossen. Der Mikroprozessor U1 sendet und empfängt Daten über die
beiden Transistoren Q1 und Q2 der Kommunikationsschaltung (23). Die Datenübertragung
zwischen dem Master-Sensor (10) und den Slave-Sensoren
(20) ist auch eine inverse Übertragung, welche die gleichen
Prinzipien wie die Kommunikationsschaltung (15) des Master-Sensors
(10) anwendet. Hier wird das ausführliche Prinzip nicht wiederholt.
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Es
versteht sich aus den obigen Beschreibungen, dass die detaillierte
Schaltung, ein Funktionsprinzip und ein Verwendungsverfahren der
Erfindung zumindest mehrere Charakteristika wie folgt aufweist.
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Erstens
wendet die Erfindung eine Master-Slave-Sensorstruktur an, um zu ermöglichen, dass
der Master-Sensor nicht nur für
das Erkennen des Hindernisses, sondern auch für das Koordinieren des Operationstiming
für jeden
der Slave-Sensoren sorgt.
Auf diese Weise ersetzt der Master-Sensor die Funktionalität eines
herkömmlichen
Steuergeräts. Weiterhin
erfassen die Slave-Sensoren das Hindernis unter der Koordination
des Master-Sensors. Folglich weist der Rückfahrsensor für ein Fahrzeug
kein herkömmliches
Steuergerät
auf, um den Einfluss des Steuergeräts zu eliminieren.
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Zweitens
kann mit der Master-Slave-Sensorstruktur, wenn der Master-Sensor
mit den Slave-Sensoren verbunden ist, die Länge des Verbindungskabels des
Master-Sensors und des Slave-Sensors
weniger als 1,5 Meter betragen, solange die Länge der hinteren Stoßstange
eines Fahrzeugs normalerweise 2 Meter beträgt, um die Kosten des Leitungsmaterials zu
reduzieren. Ferner kann infolge einer verkürzten Datenleitung auch die Übertragungsstörung wirksam reduziert
werden.
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Drittens
kann, da der Master-Sensor und die Slave-Sensoren an der hinteren
Stoßstange
eines Autos installiert sind, der Rückfahrsensor einfach an der
hinteren Stoßstange
geprüft
werden, wenn ein Fahrzeug in einem Werk montiert wird, ohne dass
die hintere Stoßstange
an einem Fahrzeug angebracht werden muss. Folglich können Prüfverfahren
während
der Montage des Fahrzeugs weiter verbessert werden, um die Produktionseffizienz
in dem Fahrzeugwerk zu erhöhen.
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Obwohl
die Erfindung mittels eines Beispiels und bezüglich einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben
wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, viele Modifikationen und ähnliche
Anordnungen und Verfahren abzudecken, und deshalb sollte dem Bereich
der beigefügten
Ansprüche
die breiteste Auslegung gewährt
werden, um all solche Modifikationen und ähnlichen Anordnungen und Verfahren
zu umfassen.