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Die
Erfindung betrifft eine Hinterradlenkeinrichtung eines allradgelenkten
Kraftfahrzeuges der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten
Art.
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Derartige
Hinterradlenkeinrichtungen sind in vielfältigen Varianten bekannt. Eine
Lenkeinrichtung dieser Art wird in der
DE 35 20 225 C2 offenbart.
Weitere Lenkeinrichtungen dieser Art werden in der
DE 31 24 821 A1 und der
DE 31 45 618 A1 beschrieben.
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Bei
derartigen Hinterradlenkeinrichtungen werden die Hinterräder bei
niedriger Fahrgeschwindigkeit, beispielsweise unterhalb 20 km/h,
gegensinnig zu den Vorderrädern
ausgelenkt, wodurch der Wendekreis des Kraftfahrzeugs verkleinert
und das Ein- bzw. Ausparken sowie das Fahren von Kurven, insbesondere
scharfen Kurven spürbar
erleichtert wird.
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Bei
höheren
Fahrgeschwindigkeiten werden die Hinterräder dagegen gleichsinnig zu
den Vorderrädern
ausgelenkt, wodurch die Fahrstabilität und das Handling des Fahrzeuges
verbessert werden.
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Um
die angestrebte Verbesserung der Fahrstabilität bzw. des Handlings zu erreichen,
ist die Hinterradlenkeinrichtung bzw. die zugehörige Steuereinrichtung im allgemeinen
derart ausgebildet, dass für das
gleichsinnige Einschlagen der Hinterräder bei höherer Fahrgeschwindigkeit ein
Verstellbereich in der Größenordnung
von etwa 2° zur
Verfügung
steht.
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Um
einen spürbaren
Effekt bei der Verbesserung des Wendekreises sowie der Kurvenwilligkeit des
Fahrzeuges zu erzielen, ist der erforderliche Verstellbereich für das gegensinnige
Einschlagen der Hinterräder
bei niedriger Fahrgeschwindigkeit wesentlich größer; im allgemeinen sind dafür mindestens
5° vorgesehen.
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Für das Einschlagen
der Hinterräder
enthalten die Hinterradlenkeinrichtungen – im allgemeinen elektromotorische
oder hydraulische – steuerbare Stellantriebe,
die durch eine elektronische Steuereinrichtung gesteuert werden,
wobei diese elektronische Steuereinrichtung den Lenkeinschlag der
Hinterräder häufig nicht
nur in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit, sondern zusätzlich auch noch in Abhängigkeit
von einem oder mehreren anderen Betriebsparametern des Fahrzeuges
bestimmen, z. B. in Abhängigkeit
von der Fahrzeugbeladung, von der Fahrzeugquerbeschleunigung oder
der Gierwinkelgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung.
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Kommt
es zu Störungen,
kann die Lenkung der Hinterräder
blockiert werden. In diesem Zusammenhang ist aus der
EP 0243180 A2 bekannt, bei Feststellen
eines Fehlers die Hinterradlenkung in der gerade eingenommenen Ist-Stellung
zu blockieren. Das Signal für
das Blockieren der Hinterradlenkung kommt aus der Steuerelektronik,
die die Lenkwinkel an der Hinterachse regelt. Informationen über die Fahrgeschwindigkeit
und den aktuellen Lenkwinkel an der Hinterachse werden einem Mikrocomputer
zugeführt,
der u.a. Fehler auf Seiten der Sensoren, der Verkabelung oder der
Stellantriebe erkennt. Dies setzt jedoch voraus, dass die Steuerelektronik
richtig arbeitet, um bei Feststellen eines Fehlers den Motor abzuschalten
bzw. eine elektromagnetische Bremse zu aktivieren, die die Lenkung
blockiert.
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In
Gegensatz hierzu offenbart die
EP 0 289 039 A2 das Konzept, die Hinterradlenkung
bei einem Fehler zunächst
gerade zu stellen und dann zu blockieren. Hierbei können Lenkwinkelsprünge an der Hinterachse
auftreten, die für
den Fahrer überraschend
sind. Werden an der Hinterachse für niedrige Fahrgeschwindigkeiten
verhältnismäßig große Lenkwinkel
vorgesehen, so kann bei Fehlern in der Steuerelektronik unter Umständen ein
die Fahrsicherheit gravierender Störeinfluss auftreten. Zudem
lehrt die
EP 0 289
039 A2 eine von der eigentlichen Steuerung unabhängige Fehlererkennung.
Diese beruht jedoch nicht auf originären Zustandssignalen, sondern
zumindest in Bezug auf die Lenkwinkel auf verketteten Größen. Insbesondere
kommt ein Lenkwinkelverhältnis
zwischen Vorder- und Hinterachse zum Einsatz. Damit lassen sich
jedoch zu große
Lenkwinkel an der Hinterachse nur relativ erfassen. Die Verkettung
der Lenkwinkel von Vorder- und Hinterachse birgt überdies
eine weitere Störungsquelle.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Hinterradlenkeinrichtung
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiter
zu verbessern, dass es möglich
wird, einerseits zwecks Erzielung eines möglichst kleinen Wendekreises
einen vergleichsweise großen
Verstellbereich, von z. B. mehr als 30°, für den gegensinnigen Lenkeinschlag
der Hinterräder
vorzusehen, andererseits aber sicherzustellen, dass die Fahrsicherheit
des Kraftfahrzeugs bei höheren
Fahrgeschwindigkeiten auch dann gewährleistet bleibt, wenn es einmal
zu Fehlfunktionen der Steuerelektronik kommen sollte.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist in
der Hinterradlenkeinrichtung also eine Lenkungs-Blockiereinrichtung vorgesehen, durch
welche eine Änderung
des Lenkeinschlags der Hinterräder
selbsttätig
dann und solange verhindert ist, wenn sowohl ein vorgegebener kritischer
Fahrgeschwindigkeitswert, von z. B. 20 km/h, als auch ein vorgegebener
kritischer Lenkeinschlag der Hinterräder, von z. B. 2° bis 3° überschritten
ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Grundsätzlich ist
es bereits bekannt (VDI-Nachrichten Nr. 39, 25.09.87, Seite 51),
im Fall eines Versagens im Steuersystem die lenkbaren Räder der
Hinterradlenkeinrichtung eines allradgelenkten Kraftfahrzeuges zu
verriegeln, d. h. zu blockieren. Bei dieser bekannten Einrichtung
werden die Hinterräder
im Falle eines nicht weiter definierten Versagens im Steuersystem
auf "Geradeauslauf" verriegelt. Das
bedeutet aber, dass dann, wenn das Versagen im Steuersystem bei
eingeschlagenen Hinterrädern
eintritt, unvermittelte Lenkwinkelsprünge auftreten, weil die eingeschlagenen
Räder ja
zum Verriegeln zunächst
in Geradeausstellung zurückgestellt werden.
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Bei
dieser bekannten Einrichtung scheint im übrigen in erster Linie daran
gedacht zu sein, daß das
Steuersystem völlig
ausfallen könnte;
offensichtlich wurde aber nicht daran gedacht, daß die Hinterräder bei
höherer
Fahrgeschwindigkeit unter Umständen
infolge einer wie auch immer bedingten Fehlfunktion der Steuerelektronik
bzw. des Steuersystems wesentlich stärker eingeschlagen werden könnten, als
es der Regelalgorithmus der Steuerelektronik an sich für höhere Fahrgeschwindigkeiten vorsieht.
Eine solche Fehlfunktion hätte
aber für
die Fahrstabilität
und damit für
die Fahrsicherheit des Fahrzeugs gravierende Folgen, in besonders
hohem Maße
dann, wenn für
den Hinterrad-Lenkeinschlag konstruktiv ein – bei korrekter Steuerfunktion
an sich nur bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten wirksam werden sollender – vergleichsweise
großer
Verstellbereich von z. B. mehr als 30° vorgesehen ist.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgesehene Lenkungs-Blockiereinrichtung
wird demgegenüber der
Bereich des möglichen
Lenkeinschlags der Hinterräder
bei höherer
Fahrgeschwindigkeit auch bei Fehlfunktionen der eigentlichen Steuerelektronik
mit Sicherheit auf ein für
die Fahrstabilität
des Fahrzeugs erforderliches Maß begrenzt
und zwar unabhängig davon,
ein wie großer
Verstellbereich konstruktiv für den
gegensinnigen Lenkeinschlag der Hinterräder bei niedriger Fahrgeschwindigkeit
vorgesehen ist.
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Anhand
einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung
nachstehend näher
erläutert.
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Die
Zeichnungen zeigen in stark schematisierter und prinzipieller Darstellung
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1 ein
allradgelenktes Kraftfahrzeug mit einer im Bereich der Hinterradlenkeinrichtung
angeordneten Lenkungs-Blockiereinrichtung gemäß der Erfindung,
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2 ein
erstes spezielles Ausführungsbeispiel
solcher Hinterradlenkeinrichtung mit einem elektromotorischen Stellantrieb,
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3 ein
zweites spezielles Ausführungsbeispiel
dieser Hinterradlenkeinrichtung mit elektromotorischem Stellantrieb,
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4 ein
drittes spezielles Ausführungsbeispiel
der Hinterradlenkeinrichtung mit einem elektromotorischen Stellantrieb
und
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5 ein
viertes spezielles Ausführungsbeispiel
der Hinterradlenkeinrichtung mit einem hydraulischen Stellantrieb.
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In 1 ist
ein Kraftfahrzeug dargestellt, bei dem der Lenkeinschlag des Lenkrades 3 über ein Vorderachslenkgetriebe 6 und
damit verbundene Spurstangen 5 auf die Achsschenkel 4 der
lenkbaren Vorderräder 1 übertragen
wird. Der gesamte Lenkungsmechanismus ist hierbei lediglich prinzipienhaft dargestellt.
Im Prinzip könnte
jedes bekannte Lenkgetriebe, insbesondere auch jedes bekannte servounterstützte Lenkgetriebe
wie z. B. eine Zahnstangenlenkung mit hydraulischer oder elektrischer
Servounterstützung
zum Einsatz kommen.
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Die
Auslenkung der lenkbaren Hinterräder 2 des
allradgelenkten Kraftfahrzeuges erfolgt in entsprechender Weise
mit Hilfe eines ebenfalls nur prinzipienhaft dargestellten Hinterachslenkgetriebes, nämlich eines
steuerbaren Stellantriebs 11, der über eine Spurstange 5 mit
den Achsschenkeln 4 der lenkbaren Hinterräder gekoppelt
ist.
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Der
steuerbare Stellantrieb 11 wird durch eine nur angedeutete
elektronische Steuereinrichtung 7, beispielsweise einen
Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor nach einem vorgegebenen Regelalgorithmus
in Abhängigkeit
von bestimmten Betriebsparametern des Fahrzeuges gesteuert, insbesondere
in Abhängigkeit
vom Lenkeinschlag des Lenkrades 3 bzw. des dadurch bewirkten
Lenkeinschlags der lenkbaren Vorderräder 1 sowie der Fahrgeschwindigkeit.
Diese Betriebsparameter werden durch entsprechende Meßeinrichtungen
bzw. Sensoren erfaßt
und der elektronischen Steuereinrichtung 7 als Eingangssignale
zugeführt.
In 1 ist mit 8 ein Sensor zur Erfassung
des Vorderradlenkeinschlags und mit 9 ein Sensor zur Erfassung
der Fahrgeschwindigkeit angedeutet. Mit 10 ist ein weiterer
Sensor angedeutet, der beispielsweise die Fahrzeugquerbeschleunigung,
die Gierwinkelgeschwindigkeit oder die Fahrzeugbeladung erfassen
könnte.
Grundsätzlich
könnten
für die Steuerung
auch weitere Betriebsparameter des Fahrzeuges ausgenutzt werden,
was im einzelnen vom gewählten
Regelalgorithmus für
die Steuerung der Hinterräder 2 abhängt.
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Der
Regelalgorithmus der elektronischen Steuereinrichtung 7 ist
grundsätzlich
dergestalt, daß die
lenkbaren Hinterräder 2 bei
höherer
Fahrgeschwindigkeit gleichsinnig und bei niedrigerer Fahrgeschwindigkeit
gegensinnig zu den lenkbaren Vorderrädern 1 ausgelenkt
werden. Der erforderliche Verstellbereich für die gleichsinnige Auslenkung
der Hinterräder
ist vergleichsweise klein; er liegt in der Größenordnung von etwa –2°, was ausreicht,
die Fahrstabilität
und das Handling des Fahrzeugs im Vergleich zu Fahrzeugen ohne lenkbare
Hinterräder spürbar zu
verbessern.
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Für das gegensinnige
Einschlagen der Hinterräder
bei niedriger Fahrgeschwindigkeit, z. B. unterhalb 20 km/h, wird
dagegen ein wesentlich größerer Verstellbereich
gewählt.
Um den Wendekreis des Fahrzeugs spürbar zu verringern und die
Kurvenfreudigkeit spürbar
zu erhöhen,
wird vorzugsweise ein Verstellbereich in der Größenordnung des üblichen Verstellbereichs
der lenkbaren Vorderräder
gewählt, beispielsweise
etwa 30 bis 35°.
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Um
die Fahrstabilität
auch bei beliebigen Fehlfunktionen der elektronischen Steuereinrichtung 7 sicherzustellen,
ist die Hinterradlenkeinrichtung mit einer Lenkungs-Blockiereinrichtung
ausgerüstet,
die in 1 mit 14 symbolisiert ist. Diese Lenkungs-Blockiereinrichtung
ist derart ausgebildet, daß sie
selbsttätig
eine Änderung
des Lenkeinschlags der Hinterräder 2 verhindert,
wenn und solange sowohl ein vorgegebener kritischer Fahrgeschwindigkeitswert,
von z. B. 20 km/h, als auch ein vorgegebener kritischer Lenkeinschlag
der Hinterräder 2 von
z. B. 2° überschritten
ist. Diese Lenkungs-Blockiereinrichtung 14 kann beispielsweise
elektromagnetisch betätigbar
und räumlich
derart angeordnet und ausgebildet sein, daß bei ihrer Aktivierung die
gesamte Hinterradlenkeinrichtung in der Position festgehalten bzw.
blockiert wird, die zu diesem Zeitpunkt gerade eingenommen wird.
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In 1 ist
mit 12 eine zusätzliche
elektronische Steuereinrichtung, eine Blockier-Steuereinrichtung angedeutet, welcher
einerseits vom Sensor 9 ein der Fahrgeschwindigkeit proportionales
Signal und von einem Hinterachslenkwinkelsensor 13 ein dem
Lenkeinschlag der lenkbaren Räder 2 proportionales
Eingangssignal zugeführt
wird In den Ausführungsbeispielen
der 2 und 3 sind zwei Varianten der erfindungsgemäßen Hinterradlenkeinrichtung
dargestellt, bei denen jeweils als Stellantrieb ein elektrischer
Stellmotor 1S vorgesehen ist, dessen Motorwelle über eine
deren Rotationsbewegungen in Translationsbewegungen umformende Ritzel/Zahnstangen-Anordnung 16 bzw.
eine nur prinzipienhaft angedeutete Schraubspindelanordnung 17 mit
den Spurstangen 5 der Hinterräder 2 gekoppelt ist.
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Als
Lenkungs-Blockiereinrichtung 14 ist jeweils ein elektromagnetisch
betätigbares
Sperrglied vorgesehen, welches bewegungsblockierend in die Bewegungsbahn
eines der den Hinterradlenkeinschlag bewirkenden Stellantriebs-
bzw. Spurstangenglieder einrückbar
ist. Im Ausführungsbeispiel
der 2 ist das Sperrglied der Blockiereinrichtung 14 z. B.
in die rotatorische Bewegungsbahn des nicht weiter bezifferten Ritzels
der Ritzel/Zahnstangenanordnung 16 einrückbar. Grundsätzlich wäre es aber
auch denkbar, das Sperrglied derart auszurichten und auszubilden,
daß es
beispielsweise in die translatorische Bewegungsbahn des Zahnstangenteils
der Ritzel/Zahnstangenanordnung 16 eingerückt werden kann.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 3,
in der der elektrische Stellmotor 15 im Zuge der Spurstangenanordnung 5 integriert
ist und die rotatorische Bewegung seiner Motorwelle über die
nur angedeutete Schraubspindel 17 in die translatorische
Bewegung der Spurstange 5 umgewandelt wird, wird für den blockierenden
Eingriff des elektromagnetisch betätigbaren Sperrglieds der Blockiereinrichtung 14 ein
mit einem Zahnstangenteil 19 der Spurstange 5 kämmendes
Ritzel 18 ausgenutzt, auf dessen Ritzelwelle ein Zahnrad 20 befestigt
ist, in welches das Sperrglied erforderlichenfalls klinkenförmig einrückt. Eine
solche Anordnung bietet sich dann an, wenn für die Hinterradlenkeinrichtung
eine im wesentlichen serienmäßige Vorderradlenkeinrichtung
eingesetzt wird, bei der der Lenkeinschlag des Lenkrades über ein Lenkritzel
mechanisch auf einen Zahnstangenteil übertragen wird und zur Servounterstützung im
Zuge der Zahnstangen/Spurstangenanordnung ein elektrischer Stellmotor
angeordnet ist, dessen als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle die
Zahnstangen/Spurstangenanordnung konzentrisch umschließt und mit dieser über eine
Schraubspindelanordnung in der Weise gekoppelt ist, daß die rotatorische
Bewegung der Motorwelle in eine translatorische Bewegung der Zahnstangen/Spurstangenanordnung
umgewandelt wird.
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Das
elektromagnetisch betätigbare
Sperrglied der Blockiereinrichtung 14 ist in diesen Ausführungsbeispielen
derart ausgebildet, daß es
bei anliegender Betriebsspannung ausgerückt (außer Eingriff) ist und somit
bei Ausfall bzw. Abschalten der Betriebsspannung selbsttätig bewegungsblockierend
in die Bewegungsbahn der zugeordneten Glieder der Hinterachslenkeinrichtung
eingreift.
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In
der Speiseleitung 21 des elektromagnetisch betätigbaren
Stellglieds der Blockiereinrichtung 14 ist demzufolge eine – während des
normalen Fahrbetriebes des Fahrzeuges geschlossene – elektrische
Schalteranordnung 22 angeordnet, durch deren Öffnen die
Energieversorgung der Blockiereinrichtung 14 unterbrochen
werden kann. Das Öffnen dieser
elektrischen Schalteranordnung 22 wird durch die Blockier-Steuereinheit 12 in
der eingangs erwähnten
Weise derart gesteuert, daß sie
geöffnet wird,
wenn und solange sowohl der vorgegebene kritische Fahrgeschwindigkeitswert
als auch der vorgegebene kritische Lenkeinschlag der Hinterräder 2 überschritten
ist. Das Öffnen
und Schließen
dieser elektrischen Schalteranordnung kann beispiels weise in einfacher
Weise mittels eines elektromagnetischen Relais 12''– das Teil der Blockier-Steuereinheit 12 ist – bewirkt
werden, wobei die Erregerwicklung dieses Relais einerseits über einen
fahrgeschwindigkeitsabhängig öffnenden – z. B.
elektronischen – ersten Schalter 12' und andererseits über einen
in Abhängigkeit
vom Lenkwinkel der Hinterräder öffnenden – z. B.
mechanisch betätigten – zweiten
Schalter 23 an ihre Betriebsspannung gelegt ist.
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Es
ist leicht erkennbar, daß die
elektrische Schalteranordnung 22 bei einer solchen Konzeption dann
und nur dann geöffnet
wird, wenn sowohl der erste Schalter 12' als auch der zweite Schalter 23 geöffnet ist,
was nur dann der Fall ist, wenn sowohl der vorgegebene kritische
Fahrgeschwindigkeitswert als auch der vorgegebene kritische Lenkeinschlag
der Hinterräder überschritten
ist.
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In
den Ausführungsbeispielen
der 2 und 3 ist die elektrische Schalteranordnung 22 derart angeordnet,
daß durch
ihr Öffnen
nicht nur die Energieversorgung des elektromagnetisch betätigten Sperrgliedes,
sondern auch die Energieversorgung des elektrischen Stellmotors 15 unterbrochen
wird.
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In 2 wird
der vorgegebene kritische Lenkeinschlag der Hinterräder 2,
bei dem der im Erregerkreis des Relais 12'' angeordnete
zweite Schalter 23 geöffnet
wird, durch eine rein mechanische Sensoranordnung 13' abgegriffen.
Hierbei handelt es sich natürlich
nur um eine prinzipienhafte Darstellung, die konstruktiv in vielfältiger Weise
realisiert werden kann. Grundsätzlich
ist es natürlich
auch möglich, elektronische
oder ähnliche
Anordnungen zur Erfassung des Lenkeinschlags vorzusehen und die
Funktion der beiden prinzipienhaft angedeuteten Schalter 12' und 23 in
einem elektronischen Logikbaustein o. ä. zu realisieren.
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Grundsätzlich ist
es auch denkbar, die Lenkungs-Blockiereinrichtung 14 im
Stellantrieb 11 selbst zu integrieren.
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In
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine solche
Anordnung prinzipienhaft dargestellt. Bei dieser Hinterrad-Lenkeinrichtung
ist als Stellantrieb wiederum ein elektrischer Stellmotor 15 vorgesehen,
dessen Motorwelle über
eine deren Rotationsbewegungen in Translationsbewegungen umformende
Schraubspindelanordnung 17 mit Spurstangenteilen 5 der
Hinterräder 2 gekoppelt
ist. Der Steigungswinkel dieser Schraubspindelanordnung 17 ist
selbsthemmend, d. h. kleiner als der Reibungswinkel bemessen, wie
dies z. B. aus 6 der DE-OS 36 02 141
aus anderen Gründen
an sich bekannt ist.
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Bei
einer solchen Bemessung der Schraubspindel 17 kann auf
den Einsatz einer eigenständigen Blockiereinrichtung
verzichtet werden, weil die Schraubspindel selbst unmittelbar als
die ganze Hinterradlenkeinrichtung in der gerade eingenommenen Position
festhaltende Blockiereinrichtung wirksam wird, wenn der elektrische
Stellmotor 15 abgeschaltet wird. Das Ein- und Ausschalten
dieser integrierten Blockiereinrichtung wird also unmittelbar durch
Ein- bzw. Ausschalten des elektrischen Stellmotors 15 bewirkt,
was wiederum in gleicher Weise erfolgen kann, wie in dem zuvor erläuterten
Ausführungsbeispiel
der 2.
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Statt
eines elektrischen Stellmotors kann in bekannter Weise natürlich auch
ein hydraulischer Zweirichtungs-Stellzylinder als Stellantrieb für die Hinterradlenkeinrichtung
eingesetzt werden. Und auch bei Einsatz eines solchen hydraulischen
Stellzylinders ist es möglich,
die Lenkungs-Blockiereinrichtung im Stellantrieb zu integrieren,
wie dies in 5 prinzipienhaft angedeutet
ist. Bei einer solchen Anordnung muß lediglich in den zu den beiden
Arbeitskammern des hydraulischen Stellzylinders 24 führenden
hydraulischen Versorgungsleitungen 25 – oder in entsprechenden Zylindereinlässen – je ein
hydraulisches Sperrventil 26 angeordnet werden; ein gemeinsames
Umschalten dieser beiden Sperrventile in ihren sperrenden Betriebszustand
hat eine "hydraulische
Fesselung" des Arbeitskolbens 27 des Stellzylinders 24 und
somit ein Blockieren der ganzen Hinterradlenkeinrichtung zur Folge.
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Solche
hydraulischen Sperrventile bzw. deren für das Blockieren der Hinterradlenkeinrichtung benötigte Funktion
können
natürlich
einen integralen Bestandteil der für die betriebsmäßige Steuerung des
hydraulischen Stellzylinders 24 sowieso vorhandenen Regelventilanordnung
sein, die in 5 nicht weiter dargestellt ist.
Nicht weiter dargestellt sind in dieser Figur auch die erforderlichen
Sensoren und Steuereinheiten.