WO2010043537A1 - Sensoranordnung und verfahren zum einfachen einbau in ein fahrzeug - Google Patents

Sensoranordnung und verfahren zum einfachen einbau in ein fahrzeug Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for installing a sensor arrangement according to the preamble of claim 1, a sensor arrangement according to the preamble of claim 6, as well as the use of the sensor arrangement in motor vehicles and other vehicles.
  • the object of the invention has been found to propose a method for easy installation of a sensor arrangement in a vehicle and a corresponding sensor arrangement.
  • the attachment of the sensor arrangement is preferably carried out by means of at least one fastening device, which is in particular part of a housing of the sensor arrangement.
  • the sensor arrangement preferably has its own housing or alternatively is preferably integrated in an electronic control unit with a corresponding housing.
  • the attachment of the sensor arrangement in its own housing or in the housing of an electronic control unit in the vehicle Preferably by screwing and / or snapping, so form-fitting, and / or gluing and / or by a magnetic attachment, in particular combined with a positive attachment.
  • the sensor arrangement preferably has a three-dimensionally measuring acceleration sensor or alternatively preferably a combination of two or more one- or two-dimensionally measuring acceleration sensors.
  • the sensor arrangement is preferably not designed as a navigation system, but in particular as a sensor arrangement which provides acceleration and / or rotation rate signals for a motor vehicle control system and accordingly has at least one acceleration sensor and at least one rotation rate sensor.
  • the vehicle chassis during installation of the sensor assembly and / or during the sensor calibration mode with its Anlagenchassisbodenebene or - base / base level and / or with the set plane on which the vehicle chassis is directly or indirectly, in the Is oriented substantially perpendicular or at a defined angle to the direction of gravitational acceleration.
  • the vehicle chassis is placed in particular on wheels on the job level.
  • the sensor arrangement preferably comprises one or more yaw rate sensors, for the operation of which one or more calibration values are calculated in the sensor calibration mode and / or stored, which are dependent in particular on the at least one relative positioning parameter.
  • the at least one relative positioning parameter and / or the calibration values are expediently in the form of a transformation matrix or coordinate transformation matrix, with which the measurement signals of the at least one acceleration and / or yaw rate sensor are adapted starting from a reference positioning within the vehicle with regard to the actual positioning of the sensor arrangement inside the vehicle.
  • the electronic control unit and / or the sensors are / are preferably part of a motor vehicle control system, in particular an electronic motor vehicle brake system or a vehicle chassis acceleration measuring system or a shock absorber control system.
  • the installation of the sensor assembly in the vehicle during an assembly process of the vehicle is carried out before the vehicle is regularly put into operation, in particular before the production of the corresponding vehicle, ie at or before "end of tape", or that the installation in During a repair or maintenance of the sensor assembly or in the course of an exchange of the sensor arrangement is carried out.
  • the electronic control unit is preferably so lays down that the coordinates and / or position information of at least one attachment point, in particular as a reference point, and / or a fastening axis are stored or stored, on which the sensor arrangement is fastened within the vehicle chassis and that these coordinates and / or position information in Frame of the sensor calibration mode for calculating the relative
  • Positioning parameters are used directly or indirectly.
  • the sensor arrangement comprises one or more yaw rate sensors and the electronic control unit is designed such that one or more calibration values are calculated and / or stored for the operation of the at least one yaw rate sensor in the sensor calibration mode depend on a relative positioning parameter.
  • the sensor arrangement is preferably designed such that the measuring directions of the at least one acceleration sensor are aligned substantially orthogonal to one another.
  • the sensor arrangement comprises one or more yaw rate sensors with one or more measuring axes, wherein the at least one yaw rate sensor is arranged in particular such that the yaw rate about the vertical axis of the vehicle can be detected, ie the yaw rate, and / or about the longitudinal and / or Transverse axis of the vehicle.
  • the proposed sensor arrangement and the method are also particularly advantageous because hitherto the measuring axis has been used for generating Formation of the yaw rate had to be aligned relatively precisely perpendicular to the vehicle floor level and the rotation rate sensor had to be installed with relatively high precision positioned accordingly.
  • the calibration by means of the relative positioning parameters or of the at least one calibration value, deviations from this orientation can be compensated by the signal processing of the electronic control unit.
  • a measuring axis or measuring direction of the acceleration sensor and / or the yaw rate sensor prefferably be parallel to a fastening axis, with respect to which the sensor arrangement is fastened and positioned in a defined manner.
  • the at least one acceleration sensor is expediently designed as a linear acceleration sensor.
  • the invention also relates to the use of the sensor arrangement in a motor vehicle, in particular a passenger car or truck or in a motorcycle, or in an aircraft or in a boat or ship or in a rail vehicle.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a sensor arrangement with ideal alignment of the sensors
  • Fig. 2 shows an exemplary sensor arrangement which is aligned in a twisted manner.
  • the exemplary sensor arrangement shown in FIG. 1 has an ideal orientation of the sensors 1, 2.
  • the sensor arrangement comprises a 3-axis acceleration sensor 1, a 2-axis rotation rate sensor 2 and an electronic control unit 3, for example, as a board equipped with chips shown.
  • the acceleration sensor within the sensor arrangement is arranged such that the measuring direction b of the acceleration sensor 1 is aligned parallel to the fastening axis n a and the measuring axis c of the acceleration sensor 1 is parallel to the gravitational acceleration g.
  • the measuring axes a, c, around which the rotation rate sensor detects the rotation rates ⁇ l and ⁇ 2, are also aligned parallel to the acceleration due to gravity g and perpendicular to the acceleration due to gravity and perpendicular to the attachment axis n a .
  • the measuring axes of the acceleration sensor a, b, c are each perpendicular to each other.
  • the attachment of the sensor assembly which can be done for example by screwing, snapping, gluing etc. in the vehicle may now be performed according to the invention in any rotation to the mounting axis n a , as exemplified in Fig. 2, wherein the mounting axis n a turn any, is uniquely determined on the vehicle chassis with the exception parallel to the direction of the gravitational acceleration g, can be oriented in the vehicle, so that acquired by the direction of gravitational acceleration g and the direction of the mounting axis n a is the position in space.
  • only one attachment point is required for positioning and, moreover, essentially no further alignment of the sensor arrangement is necessary.
  • a calibration of the sensor signals of the acceleration sensor and the yaw rate sensor takes place, for example, by means of coordinate transformation parameters which influence the sensor signals as if they had been produced in an ideal installation position.

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Abstract

Verfahren zum Einbau einer Sensoranordnung in ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugchassis, wobei sich das Fahrzeugchassis während des Einbaus in einer definierten Position befindet und die Sensoranordnung an dem Fahrzeugchassis direkt oder indirekt befestigt wird, wobei die Sensoranordnung einen oder mehrere Beschleunigungssensor/en (1) mit drei linear unabhängigen Messrichtungen umfasst und die Sensoranordnung eine elektronische Kontrolleinheit (3) aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie einen Sensor-Kalibriermodus umfasst, wobei nach dem Befestigen der Sensoranordnung der wenigstens eine Beschleunigungssensor die Erdbeschleunigung erfasst, wonach die elektronische Kontrolleinheit in dem Sensor-Kalibriermodus aus zumindest der erfassten Richtung der Erdbeschleunigung (g) einen oder mehrere Relativ-Positionierungsparameter berechnet und abspeichert, welche wenigstens eine Information über die relative Positionierung zwischen der Sensoranordnung und dem Fahrzeugchassis umfassen.

Description

Sensoranordnung und Verfahren zum einfachen Einbau in ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbau einer Sensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, eine Sensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 6, sowie die Verwendung der Sensoranordnung in Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen .
Bisher ist es üblich Sensoranordnungen für Inertialgrößen, wie beispielsweise für ein ESP-System möglichst präzise orientiert und an zwei oder mehr Befestigungspunkten befestigt in ein Fahrzeug einzubauen, um eine hinreichende Messgenauigkeit von Beschleunigungsgrößen und insbesondere einer oder mehreren Drehraten zu erreichen, bezogen auf die Bewegung des Fahrzeugchassis. Die relative Positionierung zwischen Sensoranordnung und Fahrzeugchassis ist dabei hinsichtlich der Messgenauigkeit von wesentlicher Bedeutung, wobei diese relativ präzise Art der Positionierung und Befestigung relativ kostenträchtig ist. In Druckschrift DE 199 25 434 Al wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion der Einbaulage eines Navigationssystems in einem Fahrzeug vorgeschlagen. Dabei werden allerdings nur Beschleunigungssensoren mit zwei voneinander linear abhängigen Messrichtungen verwendet, wodurch Positionie- rungsungenauigkeiten nicht bezogen auf sämtliche Freiheitsgrade erfasst und kompensiert werden können.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum einfachen Einbau einer Sensoranordnung in ein Fahrzeug sowie eine entsprechende Sensoranordnung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Sensoranordnung gemäß Anspruch 6.
Bei diesem Verfahren bzw. dieser Sensoranordnung ist insbesondere einerseits nur eine Befestigungsachse/ein Befestigungspunkt erforderlich und andererseits keine weitere Ausrichtung des Gehäuses der Sensoranordnung notwendig.
Die Befestigung der Sensoranordnung erfolgt vorzugsweise mittels wenigstens einer Befestigungseinrichtung, die insbesondere Teil eines Gehäuses der Sensoranordnung ist.
Die Sensoranordnung weist bevorzugt ein eigenes Gehäuse auf oder ist alternativ vorzugsweise in ein elektronisches Steuergerät mit entsprechendem Gehäuse integriert.
Die Befestigung der Sensoranordnung im eigenen Gehäuse oder im Gehäuse eines elektronischen Steuergeräts im Fahrzeug er- folg vorzugsweise durch Anschrauben und/oder Einrasten, also formschlüssig, und/oder Kleben und/oder durch eine magnetische Befestigung, insbesondere kombiniert mit einer formschlüssigen Befestigung.
Zur Erfassung der Beschleunigung bezüglich der drei linear unabhängigen Messachsen weist die Sensoranordnung bevorzugt einen dreidimensional-messenden Beschleunigungssensor auf oder alternativ vorzugsweise eine Kombination aus zwei oder mehr ein- oder zwei-dimensional-messenden Beschleunigungssensoren .
Die Sensoranordnung ist bevorzugt nicht als Navigationssystem ausgebildet, sondern insbesondere als Sensoranordnung, welche Beschleunigungs- und/oder Drehratensignale für ein Kraftfahrzeugregelungssystem bereitstellt und weist entsprechend wenigstens einen Beschleunigungssensor sowie mindestens einen Drehratensensor auf.
Es ist bevorzugt, dass das Fahrzeugchassis während des Einbaus der Sensoranordnung und/oder während des Sensor- Kalibriermodus mit seiner Fahrzeugchassisbodenebene bzw. - grund-/basis -ebene und/oder mit der Stellebene, auf der das Fahrzeugchassis direkt oder indirekt aufgestellt ist, im Wesentlichen senkrecht oder mit einem definierten Winkel zur Richtung der Erdbeschleunigung ausgerichtet ist. Dabei ist das Fahrzeugchassis insbesondere auf Rädern auf der Stellebene aufgestellt.
Die Sensoranordnung umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Drehratensensoren, für deren Betrieb im Sensor- Kalibriermodus ein oder mehrere Kalibrierwerte berechnet und/oder abgespeichert werden, welche insbesondere von dem zumindest einen Relativ-Positionierungsparameter abhängig sind. Durch Kenntnis der relativen Position zwischen zusätzlichen Sensoren wie z.B. Drehratensensoren im Messsystem und dem Messsystem selbst kann die Lage der zusätzlichen Sensoren im Fahrzeug mitbestimmt werden.
Der wenigstens eine Relativ-Positionierungsparameter und/oder die Kalibrierwerte sind zweckmäßigerweise in Form einer Transformationsmatrix bzw. Koordinatentransformationsmatrix ausgebildet, mit welcher die Messsignale des zumindest einen Beschleunigungs- und/oder Drehratensensors ausgehend von einer Referenzpositionierung innerhalb des Fahrzeugs angepasst werden hinsichtlich der tatsächlichen Positionierung der Sensoranordnung innerhalb des Fahrzeugs.
Die elektronische Kontrolleinheit und/oder die Sensoren ist/sind vorzugsweise Teil eines Kraftfahrzeugregelungssystems, insbesondere eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems oder eines Fahrzeugchassis-Beschleunigungs- Messsystems oder eines Stoßdämpferregelungssystems.
Es ist bevorzugt, dass der Einbau der Sensoranordnung in das Fahrzeug während eines Montagevorgangs des Fahrzeugs durchgeführt wird, bevor das Fahrzeug regulär in Betrieb genommen wird, insbesondere vor dem Produktionsabschluss des entsprechenden Fahrzeugs, also bei oder vor „Bandende", oder dass der Einbau im Zuge einer Reparatur oder Wartung der Sensoranordnung oder im Zuge eines Austauschs der Sensoranordnung durchgeführt wird.
Die elektronische Kontrolleinheit ist bevorzugt so ausge- legt, dass in ihr die Koordinaten und/oder Positionsinformationen zumindest eines Befestigungspunktes, insbesondere als Referenzpunkt, und/oder einer Befestigungsachse gespeichert bzw. hinterlegt sind, an dem/ der die Sensoranordnung innerhalb des Fahrzeugchassis befestig ist und dass diese Koordinaten und/oder Positionsinformationen im Rahmen des Sensor- Kalibriermodus zur Berechnung der Relativ-
Positionierungsparameter direkt oder indirekt verwendet werden .
Es ist bevorzugt, dass die Sensoranordnung einen oder mehrere Drehratensensoren umfasst und die elektronische Kontrolleinheit so ausgelegt ist, dass für den Betrieb des wenigstens einen Drehratensensors im Sensor-Kalibriermodus ein o- der mehrere Kalibierwerte berechnet und/oder abgespeichert werden, welche insbesondere von dem zumindest einen Relativ- Positionierungsparameter abhängig sind.
Die Sensoranordnung ist bevorzugt so ausgebildet, dass die Messrichtungen des mindestens einen Beschleunigungssensors im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
Zweckmäßigerweise umfasst die Sensoranordnung einen oder mehrere Drehratensensoren mit einer oder mehreren Messachsen, wobei der mindestens eine Drehratensensor insbesondere so angeordnet ist, dass die Drehrate um die Hochachse des Fahrzeugs erfasst werden kann, also die Gierrate, und/oder um die Längs- und/oder Querachse des Fahrzeugs.
Bezüglich des Einbaus von Drehratensensoren ist die vorgeschlagene Sensoranordnung sowie das Verfahren auch insbesondere deshalb vorteilhaft, weil bisher die Messachse zur Er- fassung der Gierrate relativ präzise senkrecht zur Fahrzeugchassisbodenebene ausgerichtet sein musste und der Drehratensensor mit relativ hoher Präzision entsprechend positioniert eingebaut sein musste. Anhand der Kalibrierung mittels der Relativ-Positionierungsparameter bzw. des wenigstens einen Kalibierwerts sind Abweichungen von dieser Ausrichtung durch die Signalverarbeitung der elektronischen Kontrolleinheit kompensierbar.
Es ist zweckmäßig, dass eine Messachse bzw. Messrichtung des Beschleunigungssensors und/oder des Drehratensensors parallel zu einer Befestigungsachse ist, hinsichtlich derer die Sensoranordnung in definierter Weise befestigt und positioniert ist.
Der wenigstens eine Beschleunigungssensor ist zweckmäßigerweise als Linearbeschleunigungssensor ausgebildet.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung der Sensoranordnung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder in einem Motorrad, oder in einem Luftfahrzeug oder in einem Boot oder Schiff oder in einem Schienenfahrzeug.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1 eine Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung mit idealer Ausrichtung der Sensoren, Fig. 2 eine beispielhafte Sensoranordnung, die verdreht ausgerichtet ist.
Die in Fig. 1 dargestellte beispielhafte Sensoranordnung weist eine ideale Ausrichtung der Sensoren 1, 2 auf. Dabei umfasst die Sensoranordnung einen 3-achsigen Beschleunigungssensor 1, einen 2-achsigen Drehratensensor 2 sowie eine elektronische Kontrolleinheit 3, beispielgemäß als Platine mit Chips bestückt, dargestellt. Der Beschleunigungssensor innerhalb der Sensoranordnung ist so angeordnet, dass Messrichtung b des Beschleunigungssensors 1 parallel zur Befestigungsachse na ausgerichtet ist und Messachse c des Beschleunigungssensors 1 parallel zur Erdbeschleunigung g. Die Messachsen a, c, um die herum der Drehratensensor die Drehraten ωl und ω2 erfasst, sind ebenfalls parallel zur Erdbeschleunigung g und senkrecht zur Erdbeschleunigung sowie senkrecht zur Befestigungsachse na ausgerichtet . Die Messachsen des Beschleunigungssensors a, b, c sind jeweils zueinander senkrecht ausgebildet.
Die Befestigung der Sensoranordnung, die beispielsweise durch Anschrauben, Einrasten, Kleben etc. in das Fahrzeug erfolgen kann, darf nun erfindungsgemäß in beliebiger Verdrehung zur Befestigungsachse na durchgeführt werden, wie beispielhaft in Fig. 2 dargestellt, wobei die Befestigungsachse na wiederum beliebig, mit Ausnahme parallel zur Richtung der Erdbeschleunigung g, im Fahrzeug orientiert sein darf, so dass durch die Richtung der Erdbeschleunigung g und die Richtung der Befestigungsachse na die Lage im Raum bezogen auf das Fahrzeugchassis eindeutig festgelegt ist. Zur Positionierung ist insbesondere nur noch ein Befestigungspunkt erforderlich und darüber hinaus im Wesentlichen keine weitere Ausrichtung der Sensoranordnung mehr notwendig.
Eine Kalibrierung der Sensorsignale des Beschleunigungssensors und des Drehratensensors erfolgt beispielhaft mittels Koordinatentransformationsparametern, welche die Sensorsignale so beeinflussen, als ob sie bei idealer Einbaulage erzeugt worden wären.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Einbau einer Sensoranordnung in ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugchassis, wobei sich das Fahrzeugchassis während des Einbaus in einer definierten Position befindet und die Sensoranordnung an dem Fahrzeugchassis direkt oder indirekt befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen oder mehrere Beschleunigungs- sensor/en (1) mit drei linear unabhängigen Messrichtungen umfasst und die Sensoranordnung eine elektronische Kontrolleinheit (3) aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie einen Sensor-Kalibriermodus umfasst, wobei nach dem Befestigen der Sensoranordnung der wenigstens eine Beschleunigungssensor die Erdbeschleunigung erfasst, wonach die elektronische Kontrolleinheit in dem Sensor- Kalibriermodus aus zumindest der erfassten Richtung der Erdbeschleunigung (g) einen oder mehrere Relativ- Positionierungsparameter berechnet und abspeichert, welche wenigstens eine Information über die relative Positionierung zwischen der Sensoranordnung und dem Fahrzeugchassis umfassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugchassis während des Einbaus der Sensoranordnung und/oder während des Sensor-Kalibriermodus mit seiner Fahrzeugchassisbodenebene und/oder mit der Stellebene, auf der das Fahrzeugchassis direkt oder indirekt aufgestellt ist, im Wesentlichen senkrecht oder mit einem definierten Winkel zur Richtung der Erdbeschleunigung (g) ausgerichtet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen oder mehrere Drehratensensoren (2) umfasst, für deren Betrieb im Sensor- Kalibriermodus ein oder mehrere Kalibierwerte berechnet und/oder abgespeichert werden, welche insbesondere von dem zumindest einen Relativ-Positionierungsparameter abhängig sind.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinheit (3) und/oder die Sensoren (1, 2) Teil eines Kraftfahrzeugregelungssystems, insbesondere eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems, ist/sind.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau der Sensoranordnung in das Fahrzeug während eines Montagevorgangs des Fahrzeugs durchgeführt wird, bevor das Fahrzeug regulär in Betrieb genommen wird, insbesondere vor dem Produkti- onsabschluss des entsprechenden Fahrzeugs, oder dass der Einbau im Zuge einer Reparatur oder Wartung der Sensoranordnung oder im Zuge eines Austauschs der Sensoranordnung durchgeführt wird.
6. Sensoranordnung zum einfachen Einbau in ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugchassis, insbesondere geeignet zum Einbau gemäß des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sensoranordnung einen oder mehrere Beschleunigungssensor/en (1) mit drei linear unabhängigen Messrichtungen umfasst und eine elektronische Kontrolleinheit (3) , dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinheit so ausgelegt ist, dass sie einen Sensor-Kalibriermodus umfasst, in welchem eine Erfassung der Erdbeschleunigung mittels des wenigstens einen Beschleunigungssensors (1) durchgeführt wird, wonach aus zumindest der erfassten Richtung der Erdbeschleunigung ein oder mehrere Relativ- Positionierungsparameter berechnet und abgespeichert werden, die wenigstens eine Information über die relative Positionierung zwischen der Sensoranordnung und dem Fahrzeugchassis umfassen.
7. Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinheit so ausgelegt ist, dass in ihr die Koordinaten und/oder Positionsinformationen zumindest eines Befestigungspunktes und/oder einer Befestigungsachse (an) gespeichert sind, an dem/ der die Sensoranordnung innerhalb des Fahrzeugchassis befestigt ist und dass diese Koordinaten und/oder Positionsinformationen im Rahmen des Sensor-Kalibriermodus zur Berechnung der Relativ-Positionierungsparameter direkt oder indirekt verwendet werden.
8. Sensoranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen oder mehrere Drehratensensoren (2) umfasst und die elektronische Kontrolleinheit (3) so ausgelegt ist, dass für den Betrieb des wenigstens einen Drehratensensors im Sensor- Kalibriermodus ein oder mehrere Kalibierwerte berechnet und/oder abgespeichert werden, welche insbesondere von dem zumindest einen Relativ-Positionierungsparameter abhängig sind.
9. Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinheit (3) und/oder die Sensoren (1, 2) Teil eines Kraftfahrzeugregelungssystems, insbesondere eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems, ist/sind.
10. Verwendung der Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9 in einem Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug, oder in einem Luftfahrzeug oder in einem Boot oder Schiff oder in einem Schienenfahrzeug.
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