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Die Erfindung betrifft ein autonom fahrendes, zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei autonom und elektrisch fahrenden Fahrzeugen wird ein redundanter Antrieb gefordert, so dass bei Ausfall einer Antriebseinheit trotzdem noch die Mobilität sichergestellt ist oder zumindest das Fahrzeug einen Gefahrenbereich sicher verlassen kann. Darüber hinaus besteht in autonom fahrenden Fahrzeugen die Forderung nach einem barrierefreien Zugang zum Fahrzeug, um mit rollenden Lasten, wie zum Beispiel einer Sackkarre oder einem Einkaufswagen, oder auch mit Transporthilfen für Personen, wie zum Beispiel Rollatoren oder Rollstühlen, in das Fahrzeuginnere zu gelangen.
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Ein gattungsgemäßes, autonom fahrendes Fahrzeug weist ein, in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet, vorderes Antriebsmodul, ein mittleres Transportmodul und ein hinteres Antriebsmodul auf. Das vordere Antriebsmodul ist mit einem Vorderachs-Antrieb (insbesondere Elektromaschine) zum Antrieb der vorderen Fahrzeugräder und einem zugehörigen Vorderachs-Energiespeicher (das heißt bevorzugt Traktionsbatterie) ausgestattet. In gleicher Weise ist auch das hintere Antriebsmodul mit einem Hinterachs-Antrieb zum Antrieb der hinteren Fahrzeugräder und mit einem zugehörigen Hinterachs-Energiespeicher ausgestattet. Das mittlere Transportmodul ist im normalen Fahrbetrieb um einen Hochabstand von der Fahrbahn beabstandet.
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Bekannte Fahrzeug-Konzepte besitzen eine starre oder gegebenenfalls absenkbare Verbindung zwischen Vorder- und Hinterachse, so dass ein Absenken des Fahrzeugbodens kaum oder nur sehr aufwendig auf Straßenniveau möglich ist. In öffentlichen Verkehrsmitteln kommen Rampenkonzepte oder Hebebühnen zum Einsatz, um die Höhendifferenz zum Straßenniveau auszugleichen. Zudem gibt es Fahrzeuge, die mit aufwendiger Hydraulik den Innenraum komplett absenken, um einen ebenerdigen Zugang zu erleichtern. Dies geschieht zumeist über das Fahrwerk, so dass eine ähnlich aufwendige Konstruktion erforderlich ist wie bei einer integrierten Hebebühne.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeug-Konzepte weisen die folgenden Nachteile auf: So kann das Fahrzeug oder auch nur eine Fahrzeug-Plattform eine Gesamt-Antriebseinheit darstellen, so dass bei Ausfall eines Fahrzeug-Teilbereiches stets die Gesamt-Antriebseinheit zum Fahrzeug-Service muss. Durch eine feste Verbindung der beiden angetriebenen Vorder- und Hinterachsen kann das Absenken eines Fahrgastbereiches nur über ein bauraumintensives absenkbares Fahrwerk realisierbar sein. Sofern im Stand der Technik lediglich ein Teil der Fahrzeugbatterie entladen ist, muss das gesamte Fahrzeug in die Ladestation.
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Aus der
DE 10 2007 041 633 B3 ist ein Kraftfahrzeug mit seitlicher Beladeeinrichtung bekannt. Aus der
AT 313 718 A ist ein Fahrzeug mit einem absenkbaren Fahrzeugboden bekannt. Aus der
DE 20 2012 002 846 U1 ist ein Elektrofahrzeug sowie ein Straßenzug aus solchen Elektrofahrzeugen bekannt. Aus der
DE 10 2011 056 561 B4 ist ein modulares Elektrofahrzeug bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein autonom fahrendes, zweispuriges Fahrzeug bereitzustellen, das einen im Vergleich zum Stand der Technik konstruktiv einfachen barrierefreien Zugang zum Transportmodul des Fahrzeugs ermöglicht und/oder zusätzliche Freiheitsgrade in der Fahrzeug-Nutzung ermöglicht.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird auf bauraumintensive Hebebühnen oder andere Rampenkonzepte verzichtet, um ein Absenken des Transportmoduls auf die Fahrbahn zu gewährleisten (für einen barrierefreien Zugang). Anstelle dessen sind gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 zum Absenken des Fahrzeug-Transportmoduls auf die Fahrbahn das vordere Antriebsmodul und das hintere Antriebsmodul des Fahrzeugs mittelbar oder unmittelbar über zumindest eine Gelenkverbindung aneinander angelenkt. Die Gelenkachse dieser Gelenkverbindung ist in Flucht zur Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet. Auf diese Weise kann der Absenkvorgang des Transportmoduls von seiner Fahrbetriebsposition in seine Absenkposition (oder ein Hubvorgang in Reversierrichtung) durch eine einfache Dreh- und/oder Kippbewegung um die Gelenkachse erfolgen.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Ausführung der obigen Dreh- und/oder Kippbewegung mittelbar mithilfe des Vorderachs-Antriebs und/oder des Hinterachs-Antriebs erfolgt, so dass kein Zusatzantrieb erforderlich ist. Vor diesem Hintergrund kann zur Ausführung der Dreh- und/oder Kippbewegung zumindest eines der Antriebsmodule nach fahrzeugaußen angetrieben werden, während das andere Antriebsmodul stillsteht. Alternativ dazu können die beiden Antriebsmodule (mit Hilfe ihrer Achs-Antriebe) zueinander gegenläufig nach fahrzeugaußen (das heißt nach fahrzeugvorne und nach fahrzeughinten) angetrieben werden. Bevorzugt ist es, wenn die Gelenkverbindung um eine Hebelarmlänge oberhalb der Fahrzeugachsen positioniert ist, um eine leichtgängige Dreh- und/oder Kippbewegung zu gewährleisten.
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In einer technischen Umsetzung kann das Transportmodul nach fahrzeugunten von einem Fahrzeugboden begrenzt sein. Bevorzugt kann die Unterseite des Fahrzeugbodens frei von Vorderachs- und Hinterachs-Energiespeicher sein. Auf diese Weise bildet der Energiespeicher keine Störkontur beim Absenkvorgang. In einer technischen Ausführung können daher die beiden Energiespeicher in der Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandet sein, und zwar unter Zwischenlage des Transportmodul-Fahrzeugbodens. Die Energiespeicher sind daher insbesondere nahe der Vorderachse und/oder nahe der Hinterachse positioniert, um einen störkonturfreien Absenkvorgang zu ermöglichen. Das Transportmodul kann in einer Reversierrichtung ebenfalls wieder über die Dreh- und/oder Kippbewegung von ihrer Absenkposition in die Fahrbetriebsposition reversiert werden.
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Im Hinblick auf eine Erhöhung der Freiheitsgrade zur Fahrzeug-Nutzung ist es bevorzugt, wenn die zumindest eine Gelenkverbindung lösbar gestaltet ist, so dass die Antriebsmodule komplett voneinander entkoppelbar sind. Die voneinander entkoppelten Antriebsmodule können in einer Weiterbildung der Erfindung vom jeweiligen Achs-Antrieb als komplett autarke, funktionsfähige einachsige Fahreinheiten unabhängig vom Rest des Fahrzeugs angetrieben werden.
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Erfindungsgemäß kann daher sowohl das vordere Antriebsmodul als auch das hintere Antriebsmodul sämtliche Komponenten aufweisen, die zum Antrieb/zur Lenkung erforderlich sind, so dass es sogar möglich ist, dass sich das vordere/hintere Antriebsmodul mit der Segway-Technologie auf einer einzelnen Achse fortbewegen kann.
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In einer ersten Ausführungsvariante kann das Transportmodul zumindest teilweise in den beiden Antriebsmodulen integriert sein. In diesem Fall kann das Transportmodul in Teilmodule aufgeteilt sein, von denen ein vorderes Teilmodul im vorderen Antriebsmodul integriert ist und ein hinteres Teilmodul im hinteren Antriebsmodul integriert ist. Die beiden Antriebsmodule können daher, ohne Zwischenschaltung eines eigenständigen Transportmoduls - unmittelbar miteinander in Gelenkverbindung gebracht sein.
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Das Transportmodul kann nach fahrzeugoben durch ein Fahrzeugdach begrenzt sein. Speziell bei einer unmittelbaren Gelenk-Anbindung der beiden Antriebsmodule ist es bevorzugt, wenn Dachsegmente des Fahrzeugdaches miteinander gelenkig verbunden sind. In gleicher Weise kann auch der Fahrzeugboden ein vorderes Bodensegment und ein hinteres Bodensegment aufweisen. Die beiden Bodensegmente können in der Fahrbetriebsposition an einander zugewandten Segmenträndern miteinander über eine Riegeleinheit kraftübertragend gekoppelt sein. Zur Vorbereitung eines Absenkvorgangs kann die Riegeleinheit gelöst werden. Anschließend werden bei der Durchführung des Absenkvorganges die vorderen und hinteren Bodensegmente nach fahrzeugvorne/nach fahrzeughinten unter Bildung eines Querspalts auseinander verlagert. Bei einer solchen technischen Umsetzung können die Bodensegmente innenseitig mit einem flexiblen Innenboden überdeckt sein, der den sich beim Absenkvorgang bildenden Querspalt überbrückt.
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Alternativ zur obigen technischen Umsetzung kann das Fahrzeug-Transportmodul auch als eine komplett eigenständige Baueinheit zwischen dem vorderen Antriebsmodul und dem hinteren Antriebsmodul positioniert sein. In diesem Fall kann das vordere Antriebsmodul über zumindest eine vordere Gelenkverbindung am Transportmodul angelenkt sein. Entsprechend kann das hintere Antriebsmodul über zumindest eine hintere Gelenkverbindung am Transportmodul angelenkt sein. In diesem Fall kann sowohl das Fahrzeugdach als auch der Fahrzeugboden des Transportmoduls bauteilsteif, das heißt ohne zueinander bewegliche Segmente, ausgebildet sein.
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Nachfolgend werden konkrete Ausführungsvarianten der vorderen/hinteren Gelenkverbindung des jeweiligen Antriebsmoduls am Transportmodul beschrieben: So kann an der Gelenkverbindung das Antriebsmodul und das Transportmodul, ohne Zwischenordnung eines Gelenkhebels, um eine gemeinsame Gelenkachse miteinander gelenkig verbunden sein. Alternativ und/oder zusätzlich können an der Gelenkverbindung das Antriebsmodul und das Transportmodul unter Zwischenordnung eines Gelenkhebels miteinander gelenkig verbunden sein. In einer weiteren Ausführungsvariante können die vorderen und hinteren Gelenkverbindung insgesamt ein Parallelhubgestänge bilden, bei dem das mittlere Transportmodul über vordere Gelenkhebel und über hintere Gelenkhebel am vorderen/hinteren Antriebsmodul angelenkt sind.
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Das Transportmodul kann sowohl eine Passagierkabine sein als auch ein Transportcontainer oder auch nur eine Transportplattform sein.
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Das Fahrzeug kann durch weitere Elemente ergänzt werden, wie beispielsweise einem Rangeextender, also zusätzliche Batterieelemente zur Reichweitensteigerung, einem Klimamodul für besondere Klimatisierungsanforderungen, zusätzliche Transportbehälter, etc. (in Reihenschaltung in der Fahrzeuglängsrichtung).
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Die Antriebsmodule und gegebenenfalls zumindest ein Transportmodul können sich autonom koppeln/entkoppeln, so dass während ihres Einsatzes zwischen unterschiedlichen Transportmodulen gewechselt werden kann. Für den Fall, den Fahrzeugboden auf ein niedrigeres Straßenniveau abzusenken, können die beiden Antriebsmodule das mittlere Transportmodul (zum Beispiel die Fahrgastkabine), bis auf die Fahrbahn absenken und anschließend zum nächsten Transportauftrag fahren.
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Jedes der Antriebsmodule kann im Service- oder Ladefall einzeln ausgetauscht werden. Eine neue Zusammenstellung der Antriebsmodule ist ortsungebunden möglich. Zudem kann auch die Übergabe des Transportmoduls an andere Fahrzeugkonzepte ebenfalls autark erfolgen.
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Bei der Ausführung des Transportmoduls als Passagierkabine kann der Fahrzeuginnenraum beidseitig schiebe- oder Klapptüren aufweisen, die sich einzeln oder zusammen öffnen lassen, um beim Öffnen des Fahrzeugs die Innenraumtemperatur möglichst wenig durch äußere Umgebungseinflüsse zu beeinflussen. Zudem ist der Fahrzeuginnenraum des Transportmoduls nach fahrzeugvorne und nach fahrzeughinten durch eine Vorderwand und eine Heckwand begrenzt.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug in seiner Fahrbetriebsposition;
- 2 voneinander getrennte Module des Fahrzeugs;
- 3 und 4 ein Antriebsmodul des Fahrzeugs als komplett autarke einachsige Fahreinheit;
- 5 das Fahrzeug in seiner Absenkposition für einen barrierefreien Zugang zum Transportmodul;
- 6 das in der 5 gezeigte Fahrzeug in seiner Fahrbetriebsposition;
- 7 bis 11 weitere Ausführungsvarianten der Erfindung;
- 12 bis 15 Ansichten eines Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Betriebspositionen.
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In der 1 ist in einer Seitenansicht ein zweispuriges Fahrzeug gezeigt, das an einer Vorderachse VA zwei vordere Fahrzeugräder 1 und an einer hinteren Achse HA zwei hintere Fahrzeugräder 3 aufweist. Ein Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs ist mittels zweier seitlicher Schiebetüren 5 verschlossen. Die vorderen Fahrzeugräder 1 sind in Antriebsverbindung mit einer nicht dargestellten Vorderachs-Elektromaschine, die von einer ebenfalls nicht gezeigten Vorderachs-Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgt wird. In gleicher Weise sind die hinteren Fahrzeugräder 3 in Antriebsverbindung mit einer Hintrachs-Elektromaschine, die von einer Hinterachs-Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgt wird.
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Der Kerngedanke der Erfindung besteht in einem modularen Aufbau des Fahrzeugs, wie er in der 2 grob schematisch angedeutet ist. Demzufolge weist das Fahrzeug ein vorderes Antriebsmodul 7, ein mittleres Transportmodul 9 und ein hinteres Antriebsmodul 11 auf. Im vorderen Antriebsmodul 7 sind die Vorderachs-Elektromaschine sowie die Vorderachs-Traktionsbatterie integriert, während im hinteren Antriebsmodul 11 die Hinterachs-Elektromaschine und die Hinterachs-Traktionsbatterie integriert sind. Im mittleren Transportmodul 9 ist eine Passagierkabine mit den beiden seitlichen Schiebetüren 5 integriert. Der Innenraum des Transportmoduls 9 ist nach fahrzeugoben durch ein Fahrzeugdach 13 und nach fahrzeugunten durch einen Fahrzeugboden 15 begrenzt. Im Zusammenbauzustand ( 1) ist das mittlere Transportmodul 9 in seiner Fahrbetriebsposition um einen Höhenversatz Δz von der Fahrbahn 17 beabstandet.
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Die vorderen und hinteren Antriebsmodule 9, 11 sind in der 1 über eine vordere Gelenkverbindung 19 und über eine hintere Gelenkverbindung 21 lösbar am Fahrzeugdach 13 des Transportmoduls 9 angelenkt. Bei der Gelenkverbindung 19, 21 sind das jeweilige Antriebsmodul 7, 11 und das Transportmodul 9, ohne Zwischenordnung eines Gelenkhebels, an einer gemeinsamen Gelenkachse G miteinander gelenkig verbunden. Die Gelenkverbindungen 19, 21 sind in der 1 über eine freie Hebelarmlänge h oberhalb der beiden Fahrzeugachsen VA, HA positioniert. Nachfolgend wird anhand der 5 ein, bei Fahrzeugstillstand durchzuführender Absenkvorgang des mittleren Transportmoduls 9 von seiner Fahrbetriebsposition (1) in seine Absenkposition (5) beschrieben. Demzufolge werden die beiden vorderen und hinteren Antriebsmodule 7, 11 zueinander gegenläufig in Pfeilrichtung nach fahrzeugaußen angetrieben. Das heißt das hintere Antriebsmodul 11 wird nach fahrzeughinten angetrieben, während das vordere Antriebsmodul 7 nach fahrzeugvorne angetrieben wird. Auf diese Weise erfolgt an den vorderen und hinteren Gelenkverbindungen 19, 21 zwischen den Antriebsmodulen 7, 11 und dem Transportmodul 9 eine Dreh- und/oder Kippbewegung um die Gelenkachsen G, wodurch das mittlere Transportmodul 9 bis auf die Fahrbahn 17 abgesenkt wird. Der Absenkvorgang des Transportmoduls 9 erfolgt unter Kippbewegung der vorderen und hinteren Antriebsmodule 7, 11 nach fahrzeuginnen.
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In der Absenkposition (5) können die vorderen und hinteren Gelenkverbindungen 19, 21 gelöst werden. In diesem Fall können die beiden vom Transportmodul 9 abgekoppelten Antriebsmodule 7, 9 als komplett autarke, funktionsfähige einachsige Fahreinheiten unabhängig vom Transportmodul 9 angetrieben werden, wie es in den 3 und 4 angedeutet ist. Beispielhaft können die Antriebsmodule 7, 11 zum nächsten Kundenfall, zu einer Ladestation und/oder zu einem Service fahren.
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Gegebenenfalls können Antriebsmodule 7, 9 ein weiteres (nicht gezeigtes) Stützrad aufweisen und/oder in einer Segway-Technologie betätigt werden.
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In der 7 sind die vorderen und hinteren Gelenkverbindung 19, 21 zusätzlich jeweils mit einer Kniehebel-Verbindung erweitert, bei der das vordere/hintere Antriebsmodul 7, 11 jeweils auf Höhe der Fahrzeugachsen VA, HA über einen vorderen Kniehebel 23 und einen hinteren Kniehebel 25 am Transportmodul 9 angelenkt sind.
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In der 8 ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel das Fahrzeug in seiner Absenkposition gezeigt. Die vordere Gelenkverbindung 19 und die hintere Gelenkverbindung 21 bilden in der 8 ein Parallelhubgestänge mit vorderen und hinteren Gelenkhebeln 23, 25. Das Parallelhubgestänge kann das Transportmodul 9 in senkrechter Richtung zwischen der Absenkposition (8) und der Fahrbetriebsposition (11) in einer vertikalen Hubrichtung angehoben werden, wie es in den 9 und 10 angedeutet ist. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen muss in der 8 das Parallelhubgestänge mittels eines (nicht gezeigten) Antriebsmotors betätigt werden. Die Hubbewegung des Transportmoduls 9 ist in den 8 bis 11 angedeutet. Demzufolge werden die vorderen und hinteren Antriebsmodule 7, 11 während der Hubbewegung keiner Kippbewegung unterworfen, wie es in den 5, 6 und 7 der Fall ist.
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In den vorangegangenen Ausführungsbeispielen der 5, 6 und 7 kann dagegen - im Unterschied zu den 8 bis 11 - auf einen zusätzlichen Antriebsmotor verzichtet werden. Anstelle dessen kann die Hubbewegung des Transportmoduls 9 in den 5, 6 und 7 alleine durch entsprechende Ansteuerung der in den vorderen und hinteren Antriebsmodulen 7, 11 verbauten Achs-Antrieben durchgeführt werden.
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Anhand der 12 bis 15 ist eine weitere Ausführungsvariante des Fahrzeugs gezeigt, bei der das Fahrzeug nicht dreiteilig aus den beiden Antriebsmodulen 7, 11 und dem mittleren Transportmodul 9 realisiert ist, sondern vielmehr lediglich zweiteilig, und zwar aus dem vorderen Antriebsmodul 7 und dem hinteren Antriebsmodul 11. In den 12 bis 15 ist das mittlere Transportmodul 9 keine eigenständige Baueinheit, sondern vielmehr aufgeteilt in ein vorderes Teilmodul 27 und ein hinteres Teilmodul 29. Die vorderen und hinteren Teilmodule 27, 29 sind jeweils im hinteren/vorderen Antriebsmodul 7, 11 integriert.
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In den 12 bis 15 sind die beiden vorderen und hinteren Antriebsmodule 7, 11 unmittelbar an einer dachseitigen Gelenkverbindung 31 miteinander gelenkig verbunden. Die Gelenkverbindung 31 teilt das Fahrzeugdach 13 in zwei Dachsegmente 33, 35 auf, die über die Gelenkverbindung 31 zueinander kippbeweglich sind. In gleicher Weise ist auch der Fahrzeugboden 15 aufgeteilt in ein vorderes Bodensegment und ein hinteres Bodensegment. In der Fahrbetriebsposition (12 oder 13) sind die vorderen und hinteren Bodensegmente 37, 39 (nur in der 15 mit Bezugsziffern versehen) an ihren einander umgewandten Segmenträndern über eine Riegeleinheit 41 (13 oder 14) miteinander kraftübertragend gekoppelt. Die beiden Bodensegmente 37, 39 sind innenseitig von einem flexiblen Innenboden 43 überdeckt.
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Zur Vorbereitung eines Absenkvorgangs des mittleren Transportmoduls 9 von seiner Fahrbetriebsposition (14) in seine Absenkposition (15) wird zunächst die Riegeleinheit 41 entkoppelt. Anschließend werden die beiden vorderen und hinteren Antriebsmodule 7, 11 in der Fahrzeuglängsrichtung x zueinander gegenläufig angetrieben. Dadurch kippen die beiden Antriebsmodule 9, 11 in einer Dreh- und/oder Kippbewegung um die Gelenkachse G aufeinander zu, bis die vorderen und hinteren Bodensegmente 37, 39 des Fahrzeugbodens 15 auf der Fahrbahn 17 liegen (15). Während des Absenkvorgangs verlagern sich die beiden einander zugewandten Ränder unter Bildung eines Querspalts 45 (15). Der Querspalt 45 ist in der 15 vom flexiblen Innenboden 43 überdeckt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- vordere Fahrzeugräder
- 3
- hintere Fahrzeugräder
- 5
- Schiebetüren
- 7
- vorderes Antriebsmodul
- 9
- mittleres Transportmodul
- 11
- hinteres Antriebsmodul
- 13
- Fahrzeugdach
- 15
- Fahrzeugboden
- 17
- Fahrbahn
- 19
- vordere Gelenkverbindung
- 21
- hintere Gelenkverbindung
- 23
- vorderer Kniehebel
- 25
- hinterer Kniehebel
- 27
- vorderes Teilmodul
- 29
- hinteres Teilmodul
- 31
- gemeinsame Gelenkverbindung
- 33
- vorderes Dachsegment
- 35
- hinteres Dachsegment
- 37
- vorderes Bodensegment
- 39
- hinteres Bodensegment
- 41
- Riegeleinheit
- 43
- Innenboden
- 45
- Querspalt
- VA
- Vorderachse
- HA
- Hinterachse
- G
- Gelenkachse
- H
- Höhenversatz
- Δz
- Höhenversatz
- h
- Hebelarmlänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007041633 B3 [0006]
- AT 313718 A [0006]
- DE 202012002846 U1 [0006]
- DE 102011056561 B4 [0006]