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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug, eine Arbeitsvorrichtung als solche, insbesondere ein Fahrzeug, sowie ein Betriebsverfahren für eine Lageranordnung und für eine entsprechende Arbeitsvorrichtung.
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Bei herkömmlichen Arbeitsvorrichtungen, insbesondere bei Fahrzeugen oder anderen Transportmitteln, sind Sitze, Ablageflächen und/oder Transportbehältnisse starr am Fahrzeug und dessen Karosserie oder Chassis gelagert und/oder mit diesen verbunden. Daher erfahren Passagiere und abgelegte Gegenstände zusätzlich zur Gewichtskraft, welche zum Beispiel senkrecht zu einer Sitzfläche oder Auflagefläche wirkt, Trägheitskräfte, zum Beispiel beim Beschleunigen, Abbremsen oder bei einer Kurvenfahrt, welche nicht senkrecht auf die jeweilige Fläche wirken. Passagiere, welche nicht mit dem Fahren befasst sind, zum Beispiel als Beifahrer oder bei einer autonomen Fahrt des Fahrzeugs, können dies als unangenehm empfinden und mit körperlichem Unwohlsein reagieren. Abgelegte Gegenstände können in Bewegung geraten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lageranordnung für eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug, eine Arbeitsvorrichtung und ein Fahrzeug als solche sowie ein Betriebsverfahren für eine Lageranordnung oder für eine Arbeitsvorrichtung und ein Fahrzeug als solche anzugeben, bei welchen im Betrieb der Einfluss von Trägheitskräften mit besonders einfachen Mitteln reduziert oder anpassbar ist.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer Lageranordnung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, bei einer Arbeitsvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 und bei einem Betriebsverfahren erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lageranordnung für eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug, ein Kraftfahrzeug, einen Personenkraftwagen oder dergleichen geschaffen, (i) welche mit einem Lagerflächenelement, das eine Lagerfläche aufweist, und mit einer Lagereinrichtung ausgebildet ist und (ii) bei welcher die Lagereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Lagerflächenelement mit Lagerung an der Arbeitsvorrichtung, insbesondere über ein Chassis und/oder eine Karosserie, derart aktiv auszurichten, dass eine auf das Lagerflächenelement wirkende resultierende Kraft auf der Lagerfläche senkrecht oder in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich im Wesentlichen senkrecht orientiert ist. Mit den vorgeschlagenen Maßnahmen ist es somit möglich, eine im Ruhezustand der zu Grunde liegenden Arbeitsvorrichtung in Bezug auf das Schwerefeld der Erde horizontal ausgerichtete Lagerfläche im Betrieb so auszurichten, dass eine sich insgesamt ergebende resultierende Kraft senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf die Lagerfläche ausgerichtet ist. Dadurch werden in einer Ebene parallel zur Lagerfläche ausgerichtete und verlaufende Kraftkomponenten der insgesamt resultierenden Kraft weitestgehend kompensiert, so dass dadurch zum Beispiel die Ursache für ein Unwohlsein einer mitfahrenden Person oder für eine Bewegung abgelegter Gegenstände weitestgehend vermieden wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist die Lagereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Lagerflächenelement in Bezug auf eine zumindest aus einer Gewichtskraft Fg und einer Trägheitskraft Ft - insbesondere aus einer beschleunigenden oder abbremsenden Bewegung und/oder aus einer Kurvenfahrt - bestehenden resultierenden Kraft Fr aktiv auszurichten. Damit wird also die gesamte resultierende Kraft Fr - zum Beispiel zusammengesetzt aus der Gewichtskraft und der Trägheitskraft eines auf der Lagerfläche aufliegenden Gegenstands oder einer dort befindlichen Person - nur noch wie eine modulierte Gewichtskraft senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Lagerfläche wirksam.
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Grundsätzlich können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um eine Ausrichtung in aktiver Weise zu bewirken.
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Es ist jedoch von besonderem Vorteil, wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung zum aktiven Ausrichten des Lagerflächenelements eine Aktuatoreinheit ausgebildet ist, insbesondere als Teil der Lagereinrichtung.
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Die Aktuatoreinheit ist dazu ausgebildet, das Lagerflächenelement aktiv zu bewegen.
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Dies kann besonders vorteilhaft in einer rückgekoppelten, steuerbaren und/oder regelbaren Weise erfolgen, weil durch diese Maßnahmen unmittelbar auf eine Variation der resultierenden Gesamtkraft, zum Beispiel aus momentanen Veränderungen der Trägheitskräfte, reagiert werden kann.
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Besonders einfach gestaltet sich das erforderliche Ausrichten durch Bewegen des Lagerflächenelements, wenn gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lageranordnung die Aktuatoreinheit zu einem Bewegen des Lagerflächenelements ausgebildet ist, welches ein Verschwenken und/oder ein Verkippen der Lagerfläche aufweist und/oder einem derartigen Verschwenken und/oder Verkippen entspricht oder zu diesem äquivalent ist.
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Dabei können, insbesondere nach dem kardanischen Prinzip, Bewegungen um zwei voneinander verschiedene Achsen ausgeführt werden, wobei die verschiedenen Achsen insbesondere zueinander senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht stehen und/oder eine zur Lagerfläche parallele oder eine im Wesentlichen parallele Ebene aufspannen.
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Grundsätzlich sind im Rahmen konstruktiver Maßnahmen sämtliche Vorrichtungen oder Einrichtungen einsetzbar, welche eine derartige Bewegung zum Ausrichten des Lagerflächenelements und der Lagerfläche ermöglichen.
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Besonders einfache Strukturen ergeben sich jedoch, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lageranordnung die Lagereinrichtung ein Lager aufweist, welches nach Art (i) einer kardanischen Aufhängung, (ii) eines Kugelflächenlagers, (iii) eines Kalottenlagers, (iv) eines Gleitlagers, (v) eines Lagers mit Luftpolster oder Luftkissen, (vi) eines Lagers mit Ölfilm, (vii) eines Magnetschwebelagers, (viii) eines Kugellagers, (ix) eines Walzenlagers und/oder (x) eines Hexapods ausgebildet ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass die Lagereinrichtung eine mechanische Kopplung an ein derartig ausgestaltetes Lager aufweist oder bildet.
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Für einen flexiblen Einsatz und für ein hohes Maß an unmittelbarer Reaktion auf variierende Trägheitskräfte ist es von besonderem Vorteil, wenn bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung eine Sensoreinheit zur Erfassung einer Richtung und/oder einer Stärke der auf das Lagerflächenelement und insbesondere auf die Lagerfläche wirkenden resultierenden Kraft Fr ausgebildet ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer anderen zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung diese eine Steuereinheit zur Steuerung des aktiven Ausrichtens und/oder einer Bewegung des Lagerflächenelements aufweist, insbesondere durch Aufnahme und/oder Auswertung von einer Sensoreinheit oder von der Sensoreinheit erfasster Signale oder Werte und/oder durch Steuerung und/oder durch Regelung einer oder der Aktuatoreinheit.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist diese eingerichtet - insbesondere über die Einrichtung, Eigenschaften und/oder Mittel einer oder der Steuereinheit und/oder einer oder der Sensoreinheit - zukünftig auftretende Kräfte zu prognostizieren, zu berücksichtigen und/oder zeitrichtig zu kompensieren, vorzugsweise aus bekannten und/oder zukünftigen Fahrbahneigenschaften, Kenntnissen hinsichtlich eines bekannten und/oder zukünftigen Richtungswunsches und/oder nach Art einer Vorsteuerung auftretender Kräfte, insbesondere auch dann, wenn diese nicht senkrecht auf einer Lagerfläche stehen.
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Das erfindungsgemäße Prinzip ist grundsätzlich auf sämtliche Situationen anwendbar, bei welchen auftretende Trägheitskräfte sich als störend herausstellen. Dementsprechend kann die Erfindung im Zusammenhang mit dem Transport von Gegenständen, Stückgütern, Massengütern und auch Personen eingesetzt werden.
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Entsprechend ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung ein Lagerflächenelement einen Sitz, eine Transportplatte, eine Ablagefläche oder - platte, eine Tischplatte, ein Transportpaneel und/oder einen allgemeinen Transportbehälter aufweist oder bildet. In diesem Zusammenhang kann zum Beispiel auch an Flüssigkeitsbehälter, zu Beispiel an Trinkgefäße, gedacht werden die offen in einem Fahrgastraum zur Anwendung kommen und bei denen ein Verschütten darin enthaltener Flüssigkeit verhindert werden soll, zum Beispiel beim Anfahren, Abbremsen oder während einer Kurvenfahrt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden auch eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug, ein Kraftfahrzeug, ein Personenkraftwagen oder dergleichen geschaffen.
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Diese sind erfindungsgemäß mit einem Chassis und/oder einer Karosserie und mit einer am Chassis und/oder der Karosserie angebrachten und erfindungsgemäß ausgestalteten Lageranordnung ausgebildet.
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Besonders vorteilhaft ist eine Anwendung der vorliegenden Erfindung dann, wenn die Arbeitsvorrichtung zu einer autonomen Fortbewegung, vorzugsweise zu einem autonomen Fahren ausgebildet ist.
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Schließlich schafft die vorliegende Erfindung des Weiteren auch ein Betriebsverfahren für eine Lageranordnung und/oder für eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug, welche erfindungsgemäß ausgestaltet sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird eine auf ein Lagerflächenelement wirkende resultierende Kraft Fr detektiert. Ferner wird das Lagerflächenelement mit Lagerung an einem Chassis und/oder einer Karosserie der Arbeitsvorrichtung derart aktiv ausgerichtet, dass die auf das Lagerflächenelement wirkende resultierende Kraft Fr auf einer Lagerfläche des Lagerflächenelements senkrecht oder in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich im Wesentlichen senkrecht orientiert ist.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
- 1 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Fahrzeug als Arbeitsvorrichtung unter Verwendung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Lageranordnung.
- 2 zeigt in schematischer Seitenansicht Aspekte der Kräfteverhältnisse sowie erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahmen zur Ausrichtung einer Lagerfläche der erfindungsgemäßen Lageranordnung aus 1.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 und 2 Ausführungsbeispiele und der technische Hintergrund der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
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Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere im Allgemeinen eine Lageranordnung 100, die auch als Sitz- und/oder Lagerflächenanordnung 100 bezeichnet werden kann und welche für eine Arbeitsvorrichtung 1' und insbesondere für ein Fahrzeug 1, ein Kraftfahrzeug, einen Personenkraftwagen, eine allgemeine Transporteinrichtung oder dergleichen ausgebildet und eingerichtet ist und welche ein Lagerelement 10 aufweist, das auch als Sitz- und/oder Lagerflächenelement 10 bezeichnet werden kann und eine Sitz- und/oder Lagerfläche 10a aufweist.
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Des Weiteren ist die Sitz- und/oder Lagerflächenanordnung 100 erfindungsgemäß mit einer Lagereinrichtung 20 ausgebildet ist, welche eingerichtet und/oder ausgebildet ist und insbesondere Mittel aufweist, das Sitz- und/oder Lagerflächenelement 10 mit Lagerung an einem Chassis 2 und/oder einer Karosserie der zu Grunde liegenden Arbeitsvorrichtung 1' derart aktiv auszurichten, dass eine auf das Sitz- und/oder Lagerflächenelement 10 wirkende resultierende Kraft Fr senkrecht oder in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich im Wesentlichen senkrecht auf der Sitz- und/oder Lagerfläche 10a orientiert ist.
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1 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 als Arbeitsvorrichtung 1' unter Verwendung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Lageranordnung 100.
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Das in 1 dargestellte erfindungsgemäß ausgestaltete Fahrzeug 1 als Arbeitsvorrichtung 1' ist mit seiner Längserstreckungsrichtung X parallel zur x-Richtung und mit einer Querstreckungsrichtung Y parallel zur y-Richtung des äußeren Koordinatensystems ausgerichtet. Die Höhenrichtung Z steht senkrecht dazu und ist parallel zur z-Richtung ausgerichtet.
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In dem Fahrzeug 1 befindet sich die erfindungsgemäß ausgestaltete Lageranordnung 100 mit einem Fahrzeugsitz 11 als Lagerflächenelement 10. Als Lagerfläche 10a kann entweder die Sitzfläche des Fahrzeugsitzes 11 oder aber eine Montagefläche des Fahrzeugsitzes 11, zum Beispiel des Unterbaus 15, aufgefasst werden.
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Im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsitz 11 als Lagerflächenelement 10 ist eine Lagereinrichtung 20 mit einem entsprechenden Lager 21, hier schematisch angedeutet, ausgebildet, um zu bewirken, dass die Lagerfläche 10a und mithin die Sitzfläche des Fahrzeugsitzes 11 in Bezug auf das Chassis 2 des Fahrzeugs 1 in Abhängigkeit, zum Beispiel im Schwerpunkt S der Person P, angreifender Trägheitskräfte Ft derart durch aktive Maßnahmen ausgerichtet wird, dass eine resultierende Kraft Fr senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht auf der Lagerfläche 10a ausgerichtet ist.
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2 zeigt in schematischer Seitenansicht Details entsprechender Aspekte der Kräfteverhältnisse mit Gewichtskraft Fg, Trägheitskraft Kraft Ft und daraus resultierender Kraft Fr, wie sie auf die Person P, zum Beispiel in deren Schwerpunkt S wirken, sowie erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahmen zur Ausrichtung einer Lagerfläche 10a der erfindungsgemäßen Lageranordnung 100 aus 1.
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Insbesondere ist in 2 dargestellt, wie über eine Sensoreinheit 40 mit einem Sensor 41 Aspekte der wirkenden Kräfte Fg und Ft und insbesondere der resultierenden Kraft Fr erfasst und als Signale oder Messwerte über eine Erfassungs- und/oder Steuerleitung 51 einer Steuereinheit 50 zugeführt werden.
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In vorteilhafter Weise ist die Steuereinheit 50 dazu eingerichtet, die erfassten Messwerte zu bewerten und in Abhängigkeit von der Bewertung über eine weitere Erfassung- und/oder Steuerleitung 52 eine Aktuatoreinheit 30 mit einem Aktuator 31 anzusteuern, um ein Verkippen und/oder Verschwenken des Lagerflächenelement 10, zum Beispiel des Fahrzeugsitzes 11 aus 1, und insbesondere der Lagerfläche oder Sitzfläche 10a derart zu bewirken, dass die resultierende oder Gesamtkraft Fr senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf die Lagerfläche oder Sitzfläche 10a ausgerichtet ist.
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Dies kann nach Art einer rückgekoppelten Regelung oder Steuerung erfolgen, indem zum Beispiel in Zeitinkrementen geprüft wird, ob die resultierende Gesamtkraft Fr in Bezug auf die Normale der Lagerfläche 10a noch innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkelbereichs liegt oder nicht und indem, wenn dieses Kriterium nicht erfüllt ist, die Ausrichtung der Lagerfläche 10a durch Bewegen, nämlich Verschwenken oder Verkippen, nachgeführt wird, so dass das Raumwinkelkriterium erfüllt ist.
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Die vorliegende Erfindung löst somit Probleme, die im Zusammenhang mit starr mit einem Fahrzeug 1 und insbesondere mit dessen Chassis 2 und/oder Karosserie verbundenen Sitzen oder allgemein Transportbehältnissen auf Grund von auftretenden und zeitlich variierenden Trägheitskräften und wegen des Mangels einer dynamischen Nachführung der Ausrichtung einer mit einem Sitz 11 oder einem Transportbehältnis 12 im Zusammenhang stehenden Lagerfläche 10a entstehen.
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Insbesondere werden dadurch auch Probleme vermieden, die im Zusammenhang mit dem autonomen Fahren auftreten, bei welchem der Fahrer und Passagiere nicht mehr mit der Fahraufgabe beschäftigt sind und sich entsprechend nicht mehr auf einwirkende Seitenkräfte einstellen, und zwar mit den bisherigen Folgen eines Unwohlseins, Verschüttens von Flüssigkeiten, Verlierens von Gegenständen und mit Problemen bei der zielgenauen Bedienung von Steuerelementen im Fahrzeug.
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Durch den erfindungsgemäßen Einbau zum Beispiel einer aktiv drehbaren kardanischen Aufhängung der Sitze 11 und ggf. der näheren Umgebung, zum Beispiel von Behältnissen oder Ablageflächen, besteht die Möglichkeit, den Fahrer und Passagiere mit Ihrer Hochachse Z im Sitz 11 dem Kombinationskraftvektor - also der resultierenden Kraft - aus Gewichtskraft Fg und Trägheitskraft Ft nachzufahren, und zwar mit dem Ziel, alle entstehenden Seitenkräfte in Bezug auf das Koordinatensystem des Fahrers oder Passagiers so auszurichten, dass diese quasi nach unten wirken und abgestützt werden.
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Der Fahrer und die Passagiere müssen sich nur noch in einer Richtung (nach unten) abstützen und erfahren somit nur noch Kräfte wie bisher beim Überfahren von Hügeln. Damit können beispielsweise ohne Probleme offene Getränke im Innenraum geführt werden, ohne sie zu verschütten. Ferner wird dem Fahrer und den Passagieren nicht mehr (so stark) unwohl, ein Effekt, der auch für ein anstrengungsfreies, visuelles Infotainment im Fahrzeug hilfreich ist.
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Ein bevorzugtes - aber nicht ausschließliches - Anwendungsgebiet sind Fahrzeuge mit voll autonomem Antrieb, idealerweise für eine Person.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug, Kraftfahrzeug, Personenkraftwagen
- 1'
- Arbeitsvorrichtung
- 2
- Chassis
- 10
- Lagerflächenelement, Sitzflächenelement
- 10a
- Lagerfläche, Sitzfläche, Ablagefläche
- 11
- Fahrzeugsitz
- 12
- Behälter, Transportbehälter, Transportpaneel
- 15
- Unterbau
- 20
- Lagereinrichtung
- 21
- Lager
- 30
- Aktuatoreinheit
- 31
- Aktuator
- 40
- Sensoreinheit
- 41
- Sensor
- 50
- Steuereinheit
- 51
- Erfassungs- und/oder Steuerleitung
- 52
- Erfassungs- und/oder Steuerleitung
- 100
- Lageranordnung, Sitz- und/oder Lagerflächenanordnung
- Fg
- Gewichtskraft
- Fr
- resultierende Kraft
- Ft
- Trägheitskraft
- P
- Person
- S
- Schwerpunkt
- x
- Raumrichtung
- X
- Längserstreckungsrichtung
- y
- Raumrichtung
- Y
- Querstreckungsrichtung
- z
- Raumrichtung
- Z
- Höhenerstreckungsrichtung
