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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten einer an einer Unterseite eines Fahrzeugs angeordneten fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit gegenüber einer an einem Boden angeordneten komplementären fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit. Die Erfindung betrifft ferner eine Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten einer an einer Unterseite eines Fahrzeugs angeordneten fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit gegenüber einer an einem Boden angeordneten komplementären fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit.
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Für ein automatisiertes konduktives Laden von Fahrzeugen muss häufig das Fahrzeug über eine elektrische Verbindung mit einer Ladeeinrichtung verbunden werden. Die elektrische Verbindung wird meistens mithilfe eines entsprechenden Ladekabels realisiert.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2011 121 303 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug mit einem herausziehbaren Ladekabel. Das Kraftfahrzeug umfasst einen Energiespeicher, der über ein fahrzeugseitig fest installiertes Ladekabel mit einem Anschlussstecker aufladbar ist. Der Anschlussstecker dient zum Verbinden mit einer externen Stromquelle und ist aus einer Aufbewahrungsstellung aus dem Fahrzeug herausziehbar. Das Ladekabel wird aus einem Kabelspeicher längs einer im Wesentlichen geraden Strecke zu einem Umlenkpunkt geführt. Anschließend wird das Ladekabel wenigstens einmal um einen Winkel zwischen 90 bis 180 Grad umgelenkt und längs einer weiteren im Wesentlichen geraden Strecke zum Anschlussstecker geführt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2016 212 890 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung umfasst ein Leitsystem, eine Messvorrichtung und einen Laderoboter, wobei der Laderoboter einen Ladestecker aufweist. Zunächst fährt das Fahrzeug in das Leitsystem ein, wobei mindestens zwei Räder des Fahrzeugs durch das Leitsystem fixiert werden. Die Ladevorrichtung ermittelt eine erste Position einer Fahrzeugachse und positioniert die Messvorrichtung in einer Achsmitte der Fahrzeugachse. Die Ladevorrichtung ermittelt eine zweite Position einer Ladebuchse des Fahrzeugs und verfährt den Laderoboter auf die zweite Position der Ladebuchse.
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Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein alternatives oder einfacheres Verfahren zum automatisierten konduktiven Laden von Fahrzeugen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen dieser Anmeldung gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen und alternative Ausführungsformen ergeben sich anhand der Unteransprüche, der Beschreibung sowie den Figuren.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für Fahrer bequem ist, wenn Fahrzeuge automatisiert von einer Unterseite des Fahrzeugs geladen werden können. In diesem Fall ist jedoch ein automatisierter Ladevorgang erforderlich. Ein manuelles Herstellen einer Steckverbindung im Bereich einer Unterseite eines Fahrzeugs ist zwar prinzipiell möglich, jedoch aus Komfortgründen meistens nicht erwünscht. In dieser Situation soll eine fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit mit einer fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit verbunden werden, um das Fahrzeug elektrisch zu laden. Dabei soll ein fahrzeugseitiger Energiespeicher elektrisch aufgeladen werden. Dies betrifft insbesondere Hybridfahrzeuge und/oder Elektrofahrzeuge. Die fahrzeugexterne Steckverbindungseinheit kann Teil einer bodenseitigen Ladeinfrastruktur sein.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Ausrichten einer an einer Unterseite eines Fahrzeugs angeordneten fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit gegenüber einer an einem Boden angeordneten komplementären fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit vor. Die fahrzeugexterne Steckverbindungseinheit kann alternativ zwischen dem Boden und der Unterseite des Fahrzeugs angeordnet sein.
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Zunächst wird das Fahrzeug in einen vorgegebenen Bereich um die fahrzeugexterne Steckverbindungseinheit manövriert. Somit wird das Fahrzeug insbesondere grob gegenüber der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit positioniert. In einem weiteren Schritt wird die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit in Richtung des Bodens herabgelassen. Dabei wird ein Mindestabstand von der fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit zum Boden eingehalten. Das Herablassen der fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit kann dadurch auch als Absenken oder Abseilen verstanden werden. Dadurch kann die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit in Richtung des Bodens gesenkt werden. Dies kann beispielsweise mithilfe einer im Fahrzeug angeordneten Kabeltrommel realisiert werden. Die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit kann mit dem Ladekabel verbunden sein und das Ladekabel kann mithilfe der Kabeltrommel in Richtung des Bodens herabgelassen werden.
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In einem weiteren Schritt wird die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit mittels eines fahrzeugexternen Fixierelements erfasst. Durch das Fixierelement kann die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit gefangen werden. Durch das fahrzeugexterne Fixierelement kann die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit durch das fahrzeugexterne Fixierelement gezielt geführt werden.
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In einem weiteren Schritt wird das Fixierelement mit der erfassten fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit unterhalb der Unterseite des Fahrzeugs derart verfahren, dass die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit vertikal über der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit positioniert wird. Bevorzugt wird dabei die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit so weit herabgelassen, dass eine einfache Steckverbindung zwischen der fahrzeugseitigen und fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit möglich ist. So kann die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit direkt vertikal über der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit angeordnet beziehungsweise positioniert werden. Mithilfe dieses Verfahrens kann ein bequemes automatisiertes konduktives Laden von Elektrofahrzeugen ermöglicht werden.
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Die Erfindung stellt ferner eine Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten einer an einer Unterseite eines Fahrzeugs angeordneten fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit gegenüber einer unter der Unterseite des Fahrzeugs angeordneten komplementären fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit bereit. Die Ausrichtungsvorrichtung weist ein fahrzeugexternes Fixierelement zum Erfassen der fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit auf. Ferner umfasst die Ausrichtungsvorrichtung eine mit dem Fixierelement verbundene Kinematik-Einheit, welche ausgestaltet ist, durch Bewegen des Fixierelements die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit unterhalb des Fahrzeugs zu erfassen und zu einer vorgegebenen Position unter der Unterseite des Fahrzeugs zu verfahren. Dabei kann die Kinematik-Einheit das Fixierelement in einer Ebene parallel zu einem Boden verfahren, auf dem das Fahrzeug befindlich ist. So kann die Kinematik-Einheit das Fixierelement in einer Fahrzeugrichtung und senkrecht dazu verfahren.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile und Beispiele gelten sinngemäß und analog für die Ausrichtungsvorrichtung sowie umgekehrt.
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Die Kinematik-Einheit ist insbesondere ausgebildet, das Fixierelement derart zu verfahren, dass die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit eine vorgegebene Position vertikal über einen Boden erreicht. Dabei kann das Fahrzeug abgestellt sein und bewegungslos sein.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellen, welche jedoch die Erfindung nicht einschränken sollen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausrichtungsvorrichtung im ungekoppelten Zustand;
- 2 eine schematische Darstellung eines Fixierelements von oben; und
- 3 eine schematische Darstellung der Ausrichtungsvorrichtung im gekoppelten Zustand.
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1 zeigt eine Ausrichtungsvorrichtung 10 in einem ungekoppelten Zustand. An einem Boden 28 ist eine fahrzeugexterne Steckverbindungseinheit 26 angeordnet. In dem Boden 28 ist eine Einmuldung 32 zu erkennen. In dieser Einmuldung 32 ist eine Kinematik-Einheit 14 der Ausrichtungsvorrichtung 10 angeordnet. Die Kinematik-Einheit 14 kann beispielsweise mithilfe eines elektrischen Antriebs wie zum Beispiel einem Elektromotor 12 bewegt werden. Im Beispiel von 1 ist die Kinematik-Einheit 14 als Parallel-Kinematik 14 ausgebildet. Die Kinematik-Einheit 14 ist zum Bewegen eines Fixierelements 16 ausgebildet. Das Fixierelement 16 dient dazu, eine fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 zu erfassen. Die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 ist mit einem Ladekabel 25 verbunden. Im Beispiel von 1 ist das Ladekabel 25 mithilfe einer Kabeltrommel 22 in einem Fahrzeug 30 verstaut. Die Kabeltrommel 22 weist bevorzugt ein Rückstellmoment auf und ist bevorzugt an einer Unterseite 20 eines Fahrzeugs 30 angeordnet. Mithilfe der Kabeltrommel 22 kann das Ladekabel 25 am oder im Fahrzeug 30 verstaut werden.
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Zum Ausrichten der beiden Steckverbindungseinheiten kann beispielsweise folgendes Verfahren ausgeführt werden. Zunächst wird das Fahrzeug 30 in einem grob definierten Bereich abgestellt. Das Fahrzeug 30 wird also in einem vorgegebenen Bereich um die fahrzeugexterne Steckverbindungseinheit 26 manövriert. Bei dem Manövrieren des Fahrzeugs 30 kann eine Kommunikation zwischen einer fahrzeugexternen Ladeeinheit und dem Fahrzeug 30 aufgebaut werden. Dies kann beispielsweise über die in der Regel vorhandenen Fahrerassistenzsysteme sowie ein Infotainmentsystem des Fahrzeugs 30 erreicht werden. Bei einer Anfahrt des Fahrzeugs 30 oder dem Manövrieren des Fahrzeugs 30 kann eine drahtlose Kommunikation zwischen einer fahrzeugexternen Ladeeinheit und dem Fahrzeug 30 erfolgen. Die Anfahrt des Fahrzeugs 30 kann zum Beispiel ein Einparkvorgang sein. Die drahtlose Kommunikation kann beispielsweise mithilfe von WLAN oder Bluetooth ermöglicht werden. Entsprechend können dabei Steuersignale generiert und ausgetauscht werden, um das Fahrzeug 30 entsprechend zu manövrieren.
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Bei einer vorhandenen Kommunikationsverbindung kann eine Ladeklappe an der Unterseite 20 des Fahrzeugs 30 geöffnet werden. Dadurch kann die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 freigegeben werden und entsprechend in Richtung des Bodens 28 herabgelassen werden. Das Ladekabel 25 kann über die Kabeltrommel 22 oder eine anderweitige Kabelaufnahme mit Rückstellmoment in einem Unterboden des Fahrzeugs 30 befestigt sein. Das Ladekabel 25 wird bevorzugt in einen definierten Bereich herabgelassen beziehungsweise abgesenkt, sodass das Ladekabel 25 an der in 1 dargestellten Parallel-Kinematik 14 erfasst werden kann.
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2 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf das Fixierelement 16. Die verschwenkbaren Arme der Parallel-Kinematik 14 sind in 2 lediglich schematisch angedeutet. Das Fixierelement 16 weist eine zum größten Teil V-förmige Aussparung auf. Damit kann die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 beziehungsweise das dazugehörige Ladekabel 25 erfasst beziehungsweise empfangen werden. Die V-förmige Aussparung weist in der Mitte eine halbrunde Aussparung auf, um das Ladekabel 25 entsprechend aufzunehmen. Dadurch kann das Fixierelement 16 das Ladekabel 25 und/oder die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 erfassen und entsprechend verfahren. Im Fall von 1 kann das Fixierelement 16 die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 in x-Richtung verfahren. Im Fall von 2 kann dies auch in y-Richtung erfolgen.
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Das Fahrzeug 30 oder das Fixierelement 16 kann eine Steuereinheit aufweisen, um das Fixierelement 16 entsprechend zu verfahren. Dabei wird das Fixierelement 16 in x-beziehungsweise y-Richtung derart bewegt, dass die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 direkt über der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit 26 angeordnet ist. Auf diese Weise werden die beiden Steckverbindungseinheiten 24, 26 vertikal zueinander ausgerichtet. In diesem Fall befindet sich die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 direkt vertikal über der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit 26. Bevorzugt wird zuvor das Ladekabel 25 so weit herabgelassen, dass eine einfache Steckverbindung zwischen den beiden Steckverbindungseinheiten 24, 26 ermöglicht wird. Die Steckverbindung kann beispielsweise magnetisch hergestellt werden.
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Je nach Ausrichtung des Fahrzeugs 30 kann die x-Achse oder die y-Achse die Fahrzeugrichtung repräsentieren. Die z-Achse stellt dabei eine Vertikalrichtung dar. Ausgehend vom Boden 28 erreicht man in z-Richtung die Unterseite 20 des Fahrzeugs 30.
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Die Parallel-Kinematik 14 kann mehrere verschwenkbare Glieder aufweisen. Je nach Länge dieser verschwenkbaren Glieder kann es sinnvoll sein, im Boden 28 eine Einmuldung 32 vorzusehen. In einem vorgegebenen Zustand der Kinematik-Einheit 14 ist eine zur Unterseite 20 des Fahrzeugs 30 zugewandte Oberfläche der Kinematik-Einheit 14 bevorzugt plan mit einer Oberfläche des Bodens 28.
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Die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 des Fahrzeugs 30 kann mindestens zwei im Durchmesser unterschiedliche kreisförmige Ladepole aufweisen. Eine Oberfläche der fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit 24 ist bevorzugt größtenteils planar ausgestaltet. Die fahrzeugexterne Steckverbindungseinheit 26 am Boden 28 weist bevorzugt dasselbe oder zumindest ähnliche Lade-Pol-Layout auf. Dadurch kann eine sichere Steckverbindung zwischen dem Fahrzeug 30 und der Ladeeinrichtung hergestellt werden. Dadurch ist die Steckverbindung nicht mehr abhängig vom Winkel in Längsrichtung der fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit 24 zur fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit 26.
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Die Parallel-Kinematik 14 kann beweglich mit dem Boden 28 verbunden sein. Bevorzugt wird die Parallel-Kinematik 14 mithilfe des Elektromotors 12 bewegt. Mithilfe der Parallel-Kinematik 14 kann eine Platte bewegt werden, welche eine dreiecksförmige Aussparung enthält. Das Fixierelement 16 kann somit als Platte ausgestaltet sein, welche eine größtenteils dreiecksförmige Aussparung aufweist. Diese Aussparung kann auch als V-förmig bezeichnet werden. Durch die Bewegung der Parallel-Kinematik 14 wird entsprechend das Fixierelement 16 manövriert und das Ladekabel 25 kann von den Aussparungen an den Seiten der Aussparung des Fixierelements 16 aufgenommen werden. Anschließend kann durch entsprechendes Bewegen der Parallel-Kinematik 14 beziehungsweise des Fixierelements 16 das Ladekabel 25 bis zur Plattenmitte transportiert werden, welche mit der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit 26 fluchtet.
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In 3 ist beispielhaft die Ausrichtungsvorrichtung 10 im gekoppelten Zustand gezeigt. In diesem Fall befindet sich direkt über der fahrzeugexternen Steckverbindung 26 die entsprechende fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24. Zugleich ist gut zu erkennen, dass eine der Unterseite 20 des Fahrzeugs 30 zugewandte Oberfläche des Fixierelements 16 sich in etwa auf einer Höhe befindet, welche mit einer Oberfläche des Bodens 28 fluchtet beziehungsweise plan zu ihr ist. Die Ausrichtungsvorrichtung 10 kann dabei so ausgestaltet sein, dass sie im deaktivierten Zustand in der Einmuldung 32 so verstaut wird, dass die Oberfläche des Fixierelements 16 plan mit einer Oberfläche des Bodens 28 ist.
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Bei einem Verschieben der fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit 24 durch die Parallel-Kinematik 14 kann ein oberes Ende der fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit 24 mit einer Unterseite der Platte der Parallel-Kinematik 14 kraftschlüssig verbunden werden. Dazu wird die Parallel-Kinematik 14 und das Fixierelement 16 solange weiterbewegt, bis die fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit 24 mit der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit 26 verbunden ist. So kann eine elektrische Steckverbindung zwischen der fahrzeugseitigen Steckverbindungseinheit 24 und der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit 26 erzeugt werden.
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Daraufhin kann das Fahrzeug 30 geladen werden. Nach Beendigung des Ladevorgangs kann die Parallel-Kinematik 14 durch den Elektromotor 12 zurück in die Ausgangsposition bewegt werden und das Ladekabel 25 kann vom Fahrzeug 30 aufgenommen werden. Der Ladevorgang ist somit beendet.
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Dazu reicht es aus, Fahrzeug 30 lediglich grob zu positionieren. Ein normaler manueller Einparkvorgang kann genügen. Die Ausrichtungsvorrichtung 10 kann sowohl längs zur Fahrzeugrichtung ausgerichtet sein, als auch beliebig anders. Somit kann die Parallel-Kinematik das Fixierungselement 16 in x und y-Richtung bewegen.
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Hierdurch kann für einen Fahrer des Fahrzeugs 30 ein einfacher und komfortabler Ladevorgang bereitgestellt werden. Der Fahrer muss lediglich das Fahrzeug 30 grob gegenüber der fahrzeugexternen Steckverbindungseinheit 26 positionieren beziehungsweise das Fahrzeug 30 in einen vorgegebenen Bereich um die fahrzeugexterne Steckverbindungseinheit 26 manövrieren. Alternativ kann das Positionieren des Fahrzeugs 30 mithilfe einer entsprechenden Fahrerassistenz ermöglicht werden.
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Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die beiden Steckverbindungseinheiten 24, 26 nicht direkt sichtbar sind beziehungsweise nicht direkt zugänglich sind. Dadurch kann auch ein sicheres Aufladen des Fahrzeugs 30 erreicht werden. Alternative Ladeinfrastrukturen für ein automatisiertes Aufladen des Fahrzeugs 30 können unter Umständen ein landschaftliches Bild zerstören. Durch die am Boden 28 angeordnete Parallel-Kinematik 14 kann eine Ladeinfrastruktur ermöglicht werden, welche sich besser in eine landschaftliche Umgebung einfügen kann. Darüber hinaus wird durch diese Erfindung ein mittiger Platzbedarf gering gehalten, was insbesondere in urbanen Umgebungen vorteilhaft ist. Dort kann eine Ladeinfrastruktur mit geringerem Platzbedarf unter Umständen ein entscheidendes Kriterium sein.
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Insgesamt zeigt die vorliegende Erfindung, wie ein komfortables, einfaches sowie sicheres automatisches Aufladeverfahren in einem Bereich unterhalb des Fahrzeugs 30 ermöglicht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ausrichtungsvorrichtung
- 12
- Elektromotor
- 14
- Kinematik-Einheit, Parallel-Kinematik
- 16
- Fixierelement
- 20
- Unterseite des Fahrzeugs
- 22
- Kabeltrommel, Kabelaufnahme
- 24
- fahrzeugseitige Steckverbindungseinheit
- 25
- Ladekabel
- 26
- fahrzeugexterne Steckverbindungseinheit
- 28
- Boden
- 30
- Fahrzeug
- 32
- Einmuldung
- x, y
- x-Richtung, y-Richtung, Fahrzeugrichtung
- z
- Vertikalrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011121303 A1 [0003]
- DE 102016212890 A1 [0004]
