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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Vermeidung einer
Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem beliebigen Objekt, beispielsweise
einem Fußgänger, einem
Fahrzeug oder sonstigen Gegenständen.
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Durch
die ständige
Zunahme des Verkehrsaufkommens und somit der Verkehrsdichte wird
es für
den Fahrer eines Kraftfahrzeugs ständig schwieriger, Kollisionen
mit Objekten wie anderen Kraftfahrzeugen, Fußgängern oder Gebäuden zu
vermeiden. Während
Kollisionen mit anderen Fahrzeugen oder Gebäuden zu Sachschäden führen, führen Kollisionen
des Kraftfahrzeugs mit Fußgängern darüber hinaus
auch noch zu Verletzungen des Fußgängers.
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Aus
der
DE 4317960 A1 ist
ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs
mit einem Objekt bekannt, bei dem eine voraussichtliche Bewegungsbahn
des Objekts ermittelt wird und in Bezug auf eine Bewegungsbahn des
Kraftfahrzeugs bewertet wird, um festzustellen, ob eine Kollisionsgefahr
besteht. Im Falle einer bestehenden Kollisionsgefahr wird die Ausgabe
einer entsprechenden Anzeige für
den Fahrer des Kraftfahrzeugs oder ein automatischer Bremseingriff
ausgelöst.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System
zu schaffen, welches den Fahrer dabei unterstützt, Kollisionen mit beliebigen
Objekten zu vermeiden, und welches eine genaue Abschätzung der
Kollisionsgefahr ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und
durch ein System mit den im Patentanspruch 13 angegebenen Merkmalen
gelöst.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines
Kraftfahrzeugs mit einem Objekt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
aufweist; nämlich
- – Erstellen
einer Kollisions-Zustandskarte, welche für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen
angibt, ob sich das Kraftfahrzeug bei Einhaltung der jeweiligen
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination in einem sicheren Fahrzustand
befindet oder in einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr befindet,
in dem es in naher Zukunft mit mindestens einem Objekt voraussichtlich
kollidieren wird;
- – Ausgeben
eines Feedbacksignals zur gezielten Änderung einer erfassten aktuellen
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination,
wenn diese Kombination in der Kollisions-Zustandskarte einem Fahrzustand
mit Kollisionsgefahr entspricht.
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Das
Feedbacksignal wird dabei an den Fahrer ausgegeben, um ihn zu der Änderung
der von ihm eingestellten Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
aufzufordern, so dass das Kraftfahrzeug aus dem Fahrzustand mit
Kollisionsgefahr in den sicheren Fahrzustand oder in einen sichereren
Fahrzustand gebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Feedbacksig nal
auch als Steuersignal einem Fahrsystem zugeführt werden, das durch einen Bremseingriff,
Motoreingriff, Lenkeingriff oder eine Kombination dieser Eingriffe
eine dem Feedbacksignal entsprechende automatische Änderung
der Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
bewirkt.
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Der
wesentliche Vorteil der Bewertung der aktuellen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination anhand
der Kollisions-Zustandskarte liegt darin, dass hierdurch auf einfache
und schnelle Weise eine vorausschauende Bewertung der Kollisionsgefahr
für verschiedene
mögliche
Beschleunigungs- und Lenkwinkelwerte des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird,
so dass bei mehreren möglichen
kollisionsvermeidenden oder zumindest kollisionsfolgenmindernden Maßnahmen
die für
die aktuelle Verkehrssituation am besten geeignete Maßnahme als
Feedbacksignal anzeigt wird.
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Vorzugsweise
wird die Kollisions-Zustandkarte erstellt, indem eine Bewegungsbahn
des mindestens einen Objekts für
die nahe Zukunft in Abhängigkeit
von sensorisch erfassten Objektpositionen des Objekts prädiziert
wird, indem weiterhin mehrere hypothetische Bewegungsbahnen des
Kraftfahrzeugs, entlang denen sich dieses bei Einhaltung von vorgegebenen
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen in naher Zukunft voraussichtlich
bewegen würde
ermittelt werden, und indem basierend auf den hypothetischen Bewegungsbahnen
des Kraftfahrzeugs und der prädizierten
Bewegungsbahn des mindestens einen Objekts diejenigen der vorgegebenen
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen identifiziert
werden, die in naher Zukunft, d.h. innerhalb einer vorgegebenen
Zeitspanne, voraussichtlich zu einer Kollision des Kraftfahrzeugs
mit dem mindestens einen Objekt führen werden.
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Durch
die Identifizierung der zu einer Kollision führenden Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen
kann in einem Diagramm mit der Beschleunigung und dem Lenkwinkel
als Achsen die Menge der Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen,
die einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entsprechen, von der
Menge der übrigen
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen abgegrenzt werden und somit die
Kollisions-Zustandskarte erstellt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vor dem Abgeben des Feedbacksignals geprüft, ob der Fahrer noch genügend Reaktionszeit
zur Vermeidung der Kollision hat.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird automatisch eine Notbremsung und/oder ein automatischer Lenkeingriff
eingeleitet, wenn dem Fahrer nicht genügend Reaktionszeit verbleibt,
um das Kraftfahrzeug ohne zusätzliche
Systemunterstützung
in den sicheren Fahrzustand zu bringen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Feedbacksignal haptisch, visuell oder akustisch an den
Fahrer abgegeben.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Kollisions-Zustandskarte als Karte oder Tabelle mit der
Beschleunigung und dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs als Parameter
berechnet, wobei die Berechung in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Fahrgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs sowie in Abhängigkeit
von einer sensorisch erfassten Position des Objekts, einer Objektgeschwindigkeit
und einem Kollisionswinkel zwischen der Bewe gungsbahn des Kraftfahrzeugs
und der Bewegungsbahn des Objekts berechnet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird neben der Kollisions-Zustandskarte zusätzlich mindestens eine Kollisionsenergie-Zustandskarte
erzeugt, die für
verschiedene Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen jeweils einen
Qualitätsfaktor
angibt, der durch eine Kollisionsenergie bestimmt wird, die bei
einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt auftritt. Die
Kollisionsenergie entspricht dabei der durch eine Kollision vernichteten
kinetischen Energie.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Kollisionsenergie-Zustandskarte in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
der Objektgeschwindigkeit, dem Kollisionswinkel und in Abhängigkeit
von einer erkannten Objektart berechnet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird, wenn eine Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Objekt selbst
bei einer Notbremsung unvermeidlich ist, die aktuelle von dem Fahrer
des Kraftfahrzeugs betätigte
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination mit der berechneten Kollisionsenergie-Zustandskarte
zur Erzeugung eines Feedbacksignals für den Fahrer verglichen, welches
den Fahrer zur Änderung
der aktuell durch ihn betätigten
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
derart anweist, dass die Kollisionsenergie minimal ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die berechnete Kollisionsenergie der Kollisionsenergie-Zustandskarte
entsprechend der erkannten Objektart gewichtet.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird neben der Kollisions-Zustandskarte
zusätzlich
eine Abstands-Zustandskarte erzeugt, die für jede Fahrzeugbeschleunigung
und für
jeden Fahrzeuglenkwinkel einen Gesamtabstand des Kraftfahrzeugs
zu mindestens einem Objekt und zu einem Fahrbahnrand angibt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird, wenn die aktuelle durch den Fahrer betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
einen sicheren Fahrzustand bildet, die aktuelle von dem Fahrer des
Kraftfahrzeugs betätigte
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination mit der Abstands-Zustandskarte
zur Erzeugung eines Feedbacksignals für den Fahrer verglichen, welches
dem Fahrer zur Änderung
der aktuell durch ihn betätigten
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination derart anweist, dass der Gesamtabstand
maximal ist.
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Die
Erfindung schafft ferner ein System zur Vermeidung einer Kollision
des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt, wobei das System aufweist:
eine
Sensoreinheit zur Erfassung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit
und des aktuellen Fahrzeuglenkwinkels des Kraftfahrzeugs,
eine
Sensoreinheit zur Erfassung von Positionen von mindestens einem
Objekt,
eine Berechnungseinheit zur Berechnung einer Mehrzahl
von hypothetischen Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit
von der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und in Abhängigkeit
von verschiedenen hypothetischen Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen sowie zur Berechnung
einer voraussichtlichen Bewegungsbahn von mindestens einem Objekt
in Abhängigkeit
von sensorisch erfassten Bewegungspositionen des Objekts, wobei
die Berechnungseinheit eingerichtet ist, anhand der hypothetischen
Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs und der voraussichtlichen Bewegungsbahn
des mindestens einen Objekts diejenigen der hypothetischen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen
zu identifizieren, die voraussichtlich zu einer Kollision des Kraftfahrzeugs
mit dem mindestens einen Objekt führen werden,
einen Speicher
zum Speichern einer Kollisions-Zustandskarte, welche für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkmittelkombination
angibt, ob sich das Kraftfahrzeug bei einer Bewegung entlang einer
der jeweiligen Kombination entsprechenden Bewegungsbahn in einem
sicheren Fahrzustand oder in einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr
bezüglich
eines zu dem Kraftfahrzeug nächstliegenden
Objekts befindet,
eine Vergleichseinheit zum Vergleichen der
aktuell von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigten Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
mit der gespeicherten Kollisions-Zustandskarte,
um festzustellen, ob die aktuell betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
einem sicheren Fahrzustand oder einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr
entspricht,
einen Einrichtung zum Abgeben eines Feedbacksignals
an den Fahrer oder an ein Fahrsystem zur Änderung der aktuell durch den
Fahrer betätigten
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination, wenn diese Kombination einem
Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entspricht.
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Im
Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
des erfindungsgemäßen Systems
zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren zur Erläuterung
erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm zur Erläuterung
des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips;
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2 ein
Diagramm zur Erläuterung
der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermeidung
einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt;
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3 ein
Beispiel einer Kollisions-Zustandskarte zur Erläuterung der Funktionsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 ein
Blockschaltbild zur Darstellung der bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt;
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5 ein
Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer
bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt;
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6 ein
Diagramm zur Erläuterung
weiterer Zustandskarten, die beim erfindungsgemäßen System abspeicherbar sind;
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7 Diagramme für verschiedene Kollisionssituationen,
die bei einer Kollisionsenergiezustandskarte bei einer bevorzugten
Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
berücksichtigt werden;
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8 ein
Diagramm zur Erläuterung
einer Abstands-Zustandskarte,
die bei einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet wird.
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Wie
man aus 1 erkennen kann, dient das erfindungsgemäße Verfahren
beziehungsweise das erfindungsgemäße System zur Vermeidung einer
Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt dazu, einen Fahrer
bei seiner Reaktion auf Umweltveränderungen beziehungsweise auf Änderungen
in seiner Umgebung mittels eines Feedbacksignals zu unterstützen. Das
erfindungsgemäße System
stellt ein Fahrerassistenzsystem dar, welches den Fahrer bei seiner
autonomen Entscheidung zur Vermeidung einer Kollision unterstützt. Hierzu
wird die Umgebung des Kraftfahrzeugs sensorisch erfasst und durch
eine Datenverarbeitungseinrichtung ausgewertet. Wie in 1 angedeutet
kann das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem
optional direkt auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs einwirken,
wenn eine Reaktion des Fahrers nicht mehr möglich ist, insbesondere wenn
die noch zur Verfügung
stehende Zeit geringer ist als die Reaktionszeit des Fahrers. Es
ist demnach primäres
Ziel des Fahrerassistenzsystems, eine mögliche Kollision des Kraftfahrzeugs
mit einem Objekt zu vermeiden. Als sekundäres Ziel sollen im Falle einer
unvermeidbaren Kollision die Kollisionsfolgen gemindert werden.
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2 zeigt
schematisch ein Kraftfahrzeug 1, welches ein erfindungsgemäßes System
zur Vermeidung einer Kollision enthält. Im Koordinatensystem des
Kraftfahrzeug 1 bildet das Kraftfahrzeug den Ursprung.
Wie man aus 2 erkennen kann, bewegt sich
das Kraftfahrzeug 1 mit einer bestimmten Geschwindigkeit
in Y-Richtung, wobei ein Objekt beziehungsweise ein bewegliches
Hindernis 2 die Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1,
d. h. dessen Fahrkurslinie, möglicherweise
quert. Bei dem in 2 dargestellten Beispiel bewegt
sich ein Objekt 2 auf die Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 zu.
Die aktuelle Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 ergibt sich
aus der Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH und
dem aktuellen Fahrzeuglenkwinkel θ und der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung γ des Kraftfahrzeugs 1. Der
zu erwartende Bewegungsbahn des Objekts 2, d.h. dessen
Kurslinie, kann in Abhängigkeit
von sensorisch erfassten Objektpositionen des Objekts 2 für die Zukunft
interpoliert werden. 2 zeigt weitere hypothetische
Bewegungsbahnen oder Fahrkurslinien (FKL) des Kraftfahrzeugs 1,
die von der Y-Achse abweichen, für
verschiedene Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen. FKLi =
FKLi (γi; θi) (1)
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Wenn
der Fahrer beispielsweise stark bremst, d.h. negativ beschleunigt
und gleichzeitig den Lenkwinkel nach rechts einschlägt, ergibt
sich beispielsweise die Bewegungsbahn A. Bewegt der Fahrer den Lenkwinkel
nur leicht nach rechts und bremst weniger stark ab, ergibt sich
beispielsweise eine Bewegungsbahn B. Bei nur geringem Lenkwinkeleinschlag
nach rechts sowie geringfügigem
Bremsen ergibt sich beispielsweise eine Bewegungsbahn C. Ohne Reaktion
des Fahrers ergibt sich die Bewegungsbahn D. Bei dem in 2 dargestellten
Beispiel ergeben sich ferner bei leichten bzw. stärkerem Lenkwinkeleinschlag
nach links sowie entsprechender negativer Beschleunigung die Bewegungsbahnen
E und F.
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Die
Position des Hindernisses beziehungsweise des Objekts 2 wird
durch Sensoren des Kraftfahrzeugs 1 erfasst und daraus
die voraussichtliche Bewegungsbahn des Objekts 2 und hieraus ein
wahrscheinlicher Aufenthaltsbereich des Objekts 2 berechnet.
Der wahrscheinliche Aufenthaltsbereich des Hindernisses beziehungsweise
Objekts 2 ist bei dem in 2 dargestellten
Beispiel in etwa ellipsenförmig. Durch
Vergleich verschiedener Positionen des Hindernisses 2 kann
die aktuelle Bewegungsgeschwindigkeit VOBJ des
Objekts berechnet werden. Bei dem in 2 dargestellten
Beispiel bewegt sich das Objekt 2 in südwestlicher Richtung hin zu
der Kurslinie D des Kraftfahrzeugs 1. Besteht eine bestimmte Wahrscheinlichkeit,
dass das Objekt 2 zur Vermeidung einer Kollision ebenfalls
abbremst und sich dann sogar in Entgegengesetzte Richtung bewegt, so
erstreckt sich der mögliche
Aufenthaltsbereich des Objekts auch hinter das Objekt. Wie man aus 2 erkennen
kann, weisen manche Bewegungsbahnen, wie beispielsweise die Bewegungsbahnen A,
B keinen Kollisionsschnittpunkt mit dem wahrscheinlichen Aufenthaltsbereich
des Objekts 2 auf. Andere Bewegungsbahnen, wie beispielsweise
die Bewegungsbahnen C, D, E, F führen
zu Kollisionsschnittpunkten zwischen der Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 und
einer Kurslinie des Objekts 2. Die Kollisionsschnittpunkte
KC, KP, KE, KF sind in 2 dargestellt.
Die Bewegungsbahnen A, B führen
somit zu einem sicheren Fahrzustand, während die Bewegungsbahnen C,
D, E, F jeweils zu einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr führen. Zu
jedem Kollisionsschnittpunkt K kann ferner eine Zeitspanne TTC (time
to collision) bis zum Auftreten der Kollision berechnet werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 in Abhängigkeit
von der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH und
dem erfassten aktuellen Lenkwinkel θ berechnet. Zusätzlich werden
für verschiedene
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen hypothetische Bewegungsbahnen
als Fahrkurslinien berechnet, die man erhalten würde, wenn sich das Kraftfahrzeug
entsprechend der jeweiligen Beschleu nigungs-Lenkwinkelkombination
bewegen würde.
Weiterhin wird die voraussichtliche Kurslinie von mindestens einem
Objekt 2 in Abhängigkeit
von sensorisch erfassten Objektpositionen des Objekts 2 berechnet und
der wahrscheinliche Aufenthaltsbereich des Objekts 2 ermittelt.
Bei der Erfassung mehrerer Objekte wird dies für jedes dieser Objekte getan.
In einem weiteren Schritt werden die möglichen Kollisionsschnittpunkte
Ki zwischen den verschiedenen Bewegungsbahnen
FKLi des Kraftfahrzeugs 1 und dem wahrscheinlichen
Aufenthaltsbereich des Objekts 2 bzw. den wahrscheinlichen
Aufenthaltsbereichen der Objekte sowie die entsprechenden Zeitspannen
TTCi bis zu der jeweiligen Kollision des
Kraftfahrzeugs 1 mit dem Objekt 2 oder den Objekten
berechnet.
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Aus
den berechneten Zeitspannen TTCi wird die
minimale Zeitspanne bis zur Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit
dem nächsten
Objekt selektiert und somit die für das Kraftfahrzeug 1 kritischste
Kollisionssituation ermittelt. Sobald die kritischste Kollisionssituation
selektiert ist, wird für
diese durch das erfindungsgemäße Verfahren
eine zugehörige
Kollisions-Zustandskarte berechnet und zwischengespeichert. Diese
Kollisions-Zustandskarte gibt für
jede mögliche
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination γ θ des Kraftfahrzeugs 1 an,
ob diese Kombination zu einem sicheren Fahrzustand führt, oder
ob diese Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination einen Fahrzustand
mit Kollisionsgefahr bezüglich
des kritischsten Objekts bildet. Die zwischengespeicherte Kollisions-Zustandskarte
ist eine zweidimensionale binäre Datenmatrix,
wie sie beispielhaft in 3 dargestellt ist. Gewisse Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen γ, θ führen zu
einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr, während andere Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen θ, γ zu einem
sicheren Fahrzustand, d.h. zu einem Fahrzustand ohne Kollisionsgefahr
führen.
Bei dem in 3 dargestellten Beispiel führen ein
negativer Lenkwinkel und eine negative Beschleunigung in einem Bereich
I zu einem sicheren Fahrzustand, während die übrigen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen
in einem Bereich II zu einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr führen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die aktuell von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
(= Istwert) mit der berechneten Kollisions-Zustandskarte verglichen,
um festzustellen, ob die aktuell betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
einen sicheren Fahrzustand oder einen Fahrzustand mit Kollisionsgefahr
darstellt. Anschließend
wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Feedbacksignal an den Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn
betätigten
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
abgegeben, wenn der festgestellte Fahrzustand eine Kollisionsgefahr
beinhaltet. Alternativ oder zusätzlich kann
das Feedbacksignal als Steuersignal einem Fahrsystem zugeführt, um
durch einen automatischen Eingriff die aktuelle Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
zu ändern
und den Fahrzustand in Richtung des sicheren Fahrzustands zu ändern.
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Bei
dem in 3 dargestellten Beispiel sind drei verschiedene
Istzustände
beziehungsweise aktuelle Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen gezeigt. In
einer ersten Fahrsituation ISTA stellt das erfindungsgemäße System
fest, dass die aktuell durch den Fahrer betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen,
das heißt
die Stellung des Gas- beziehungsweise Bremspedals und der Einschlagswinkel
des Lenkrads, zu einer Kollision mit dem Objekt 2 führen wird.
Dementsprechend wird dem Fahrer ein optisches oder akustisches und
zusätzliches
haptisches Feedbacksignal übermittelt, welches
den Fahrer dazu anhält,
die aktuell durch ihn betätigte
Beschleunigung-Lenkwinkelkombination γ, θ zielgerecht derart zu ändern, dass
ein sicherer Sollzustand erreicht wird. Der Sollzustand, wie er
in 3 angedeutet ist, ist vorzugsweise der Flächenschwerpunkt
des sicheren Fahrzustandsbereichs I. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Feedbacksignal an den Fahrer optisch und haptisch abgegeben.
Hierzu wird der Fahrer optisch mittels Leuchtdioden informiert,
ob er wenig oder stark bremsen soll. Ferner wird über Leuchtdioden
dem Fahrer angezeigt, ob er das Lenkrad nach links oder rechts zu
bewegen hat. Dies wird vorzugsweise durch ein haptisches Feedbacksignal
am Lenkrad unterstützt.
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Wie
aus 3 zu erkennen ist, erhält der Fahrer auch im sicheren
Fahrzustandsbereich I vorzugsweise ein Feedbacksignal. Befindet
sich beispielsweise der aktuelle Fahrzustand nahe an der Grenzlinie
zwischen dem sicheren Fahrzustandsbereich I und dem Kollisionsbereich
II erhält
der Fahrer ein Feedbacksignal, um in den Sollzustand zu gelangen.
In dem in 3 dargestellten Beispiel wird
das Kraftfahrzeug 1 aus dem Istzustand ISTB in
den Sollzustand SOLL überführt.
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Befindet
sich der Fahrzustand sehr nahe an der Grenzlinie IST wird erfindungsgemäß das Feedbacksignal
zunächst
derart generiert, dass sich der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 1 aus
dem Grenzbereich möglichst
direkt entfernt, und erst anschließend erfolgt ein Feedback,
um in den Sollzustand zu gelangen.
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4 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
zur Vermeidung einer Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit
einem Objekt 2. Eine Berechnungseinheit 3 erhält von verschiedenen
Sensoreinheiten 4A, 4B, 4C, 4D Sensordaten,
welche den Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 1 und Kurslinien
von mindestens einem Objekt abbilden. Eine an einer Drosselklappe
des Motors angebrachte Sensoreinheit 4A liefert ein Beschleunigungssensorsignal γ an die Datenverarbeitungseinheit 3.
Eine weitere Sensoreinheit 4B liefert der Datenverarbeitungseinheit 3 den
aktuell eingeschlagenen Lenkwinkel θ des Kraftfahrzeugs 1.
Eine dritte Sensoreinheit 4C gibt die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit
VVEH des Kraftfahrzeugs 1 an die
Datenverarbeitungseinheit 3 weiter. Eine Sensoreinheit 4D,
beispielsweise ein Kamerasystem oder ein Radarsystem, gibt Positionsdaten
POSOBJ der Objekte beziehungsweise Hindernisse 2 an
die Datenverarbeitungseinheit 3 ab. Darüber hinaus werden durch die
Sensoreinheit 4D die Positionen der Objekte vorausgewertet,
so dass die Datenverarbeitungseinheit 3 ferner die Geschwindigkeiten
VOBJ der relevanten Objekte sowie die Kollisionswinkel φ zwischen
der Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 und der Kurslinie
des jeweiligen Objekts 2 erhält. Nach Auswertung durch eine
entsprechende Erkennungssoftware liefert darüber hinaus die Sensoreinheit 4D die
Objektart beziehungsweise den Typ des Objekts 2 an die
Datenverarbeitungseinheit 3. Beispielsweise erhält die Berechnungseinheit 3 Informationen
darüber, ob
es sich bei dem Objekt um einen Passanten, einen PKW, einen LKW,
um eine starre Wand oder dergleichen handelt. Darüber hinaus
liefert die Sensoreinheit 4D einen Abstand droad des
Kraftfahrzeugs 1 zu dem Fahrbahnrand.
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Die
Datenverarbeitungseinheit 3 ist an einen Datenspeicher 5 angeschlossen,
in welchem die Kollisions-Zustandskarte und gegebenenfalls weitere Zustandskarten
abspeicherbar sind. Die Datenverarbeitungseinheit 3 steuert über Steuerleitungen
eine Feedbackeinheit 6 zur Abgabe eines Feedbacksignals
an den Fahrer an.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs 1 mit
einem Objekt 2.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
wie es in 5 dargestellt wird, wird vorzugsweise
in regelmäßigen kurzen
Zeitabständen,
beispielsweise alle 10 ms durchgeführt.
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In
einem ersten Schritt S1 berechnet die Datenverarbeitungseinheit 3 eine
aktuelle Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 in Abhängigkeit
von einer erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH und
einem aktuellen Lenkwinkel θ des
Kraftfahrzeugs 1, welche sensorisch durch die Sensoren 4B, 4C erfasst
werden, sowie mehrere hypothetische Bewegungsbahnen für bestimmte
vorgegebene oder vorgebbare Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen.
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Anschließend berechnet
die Datenverarbeitungseinheit 3 eine Kurslinie von mindestens
einem Objekt in Abhängigkeit
von sensorisch erfassten Objektpositionen des Objekts 2.
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Die
Bewegungsbahnen werden dabei vorausschauen für die nahe Zukunft, d.h. für eine vorgegebene
Zeitspanne berechnet.
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In
einem weiteren Schritt S3 berechnet die Datenverarbeitungseinheit
die Koordinaten von möglichen
Kollisionsschnittpunkten Ki zwischen den
Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs 1 und der Kurslinie
oder den Kurslinien des Objekts bzw. der Objekte 2.
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Darüber hinaus
berechnet die Datenverarbeitungseinheit 3 im Schritt S4
Zeitspannen (Time To Collision = TTC) bis zur Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit
dem jeweiligen Objekt 2.
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In
einem Schritt S5 wird diejenige Kollisionssituation mit der niedrigsten
Zeitspanne selektiert, das heißt,
es wird die für
das Kraftfahrzeug 1 kritischste Kollisionssituation ermittelt.
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In
einem weiteren Schritt S6 wird für
die kritischste beziehungsweise am nächsten in der Zukunft liegende
Kollision eine binäre
Kollisions-Zustandskarte berechnet, welche für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination γ, θ angibt, ob
diese Kombination einen sicheren Fahrzustand oder einen Fahrzustand
mit Kollisionsgefahr bezüglich
des Objekts 2 bildet. Optional werden neben der Kollisions-Zustandskarte
weitere Zustandskarten, beispielsweise Kollisionsenergie-Zustandskarte oder eine
Abstands-Zustandskarte berechnet.
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In
einem Schritt S7 wird durch die Datenverarbeitungseinheit 3,
die aktuell von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
mit der berechneten Kollisions-Zustandskarte verglichen, um festzustellen,
um die aktuell betätigte
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination einem sicheren Fahrzustand
entspricht oder nicht.
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Besteht
Kollisionsgefahr wird vorzugsweise zusätzlich in einem Schritt S8
geprüft,
ob der Fahrer durch eine eigenständige
Lenkbewegung und durch eigenständiges
Bremsen die Kollision noch vermeiden kann. Ist dies nicht der Fall,
so wird in einem Schritt S9 durch die Datenverarbeitungseinheit 3 eine
Notbremsung eingeleitet, das heißt, die Datenverarbeitungseinheit 3 steuert
direkt automatisch die Bremsanlage des Kraftfahrzeugs 1 an.
Zusätzlich kann
auch ein automatischer Lenkeingriff erfolgen. Ist die Zeitspanne
bis zur Kollision höher
als die gewöhnliche
Reaktionszeit eines Fahrers und kann dieser somit selbständig die
Kollision vermeiden, gibt die Datenverarbeitungseinheit 3 über Steuerleitungen ein
Feedbacksignal an die Feedbackeinheit 6 ab. Der Fahrer
erhält
dabei vorzugsweise optisch und haptisch ein Feedbacksignal, welches
den Fahrer dazu anweist, die von ihm betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
derart zu ändern, dass das
Kraftfahrzeug 1 in einen sicheren Fahrzustand gelangt.
Das Feedbacksignal gibt die Datenverarbeitungseinheit 3 im
Schritt S10 an den Fahrer ab.
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Die
Berechnung der Kollisions-Zustandskarte im Schritt S6 erfolgt vorzugsweise
in Abhängigkeit von
der sensorisch erfassten Fahrzeugbeschleunigung γ, dem Fahrzeuglenkwinkel θ und der
Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH des Kraftfahrzeugs 1 sowie
in Abhängigkeit
von der sensorisch erfassten Position des Objekts 2, der
Geschwindigkeit Vobj des Objekts 2 und
einem Kollisionswinkel φ zwischen
der Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 und der Bewegungsbahn
des Objekts 2.
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In
vielen Situationen ist eine Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit
dem Objekt 2 unvermeidlich. Läuft beispielsweise ein Passant
plötzlich
auf die Strasse, kann es sein, dass selbst eine Notbremsung, wie
sie im Schritt S9 vorgesehen ist, eine Kollision nicht mehr verhindern
kann. Für
Fälle,
in denen die Kollision nicht mehr vermeidbar ist, sieht daher das
erfindungsgemäße System
vorzugsweise die Berechnung einer weiteren Zustandskarte vor, um die
Kollisionsenergie und somit den Schaden, der bei der unvermeidlichen
Kollision auftritt, zu minimieren. 6 zeigt
ein Diagramm zur Erläuterung
einer derartigen weiteren Zustandskarte. Ein Qualitätsfaktor
Q aos Bewertungsparameter bildet ein dreidimensionales Funktionsgebirge über den
beiden Parametern Fahrzeuglenkwinkel θ und Fahrzeugbeschleunigung γ, das heißt, eine
derartige Zustandskarte bildet eine topologische Funktionskarte.
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Ist
eine Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit dem Hindernis 2 unvermeidlich,
wird mittels einer berechneten Kollisionsenergie-Zustandskarte versucht, den
Aufprallschaden zu minimieren.
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Die 7A bis 7C zeigen
verschiedene Kollisionssituation bei dem das Kraftfahrzeug 1 auf ein
anderes Kraftfahrzeug, beispielsweise einen PKW als Hindernis 2 aufprallt.
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7A zeigt
die Situation, dass das Hindernis 2 seitlich auf das eigene
Kraftfahrzeug 1 prallt. Diese Fahrsituation ist besonders
gefährlich,
da sie in der Regel zu erheblichen Verletzungen der Fahrzeuginsassen
des eigenen Kraftfahrzeugs 1 führt. Das Kraftfahrzeug 1 weist
nämlich
an seinen Seiten eine geringe Knautschzone auf.
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Die
in 7B dargestellt Fahrsituation zeigt einen Frontalaufprall
der beiden Fahrzeuge. Diese Situation ist bei gleichem Energieumsatz
weniger kritisch als die in 7A dargestellte
Situation, da der jeweilige Motorraum der beiden Fahrzeuge eine Knautschzone
bildet, welche die Energie aufnehmen kann.
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7C zeigt
eine Situation, bei der zwei Fahrzeuge in einem bestimmten Kollisionswinkel φ aufeinander
treffen.
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Die
Kollisionsenergie, d.h. die kinetische Energie, die in Folge der
Kollision der beiden Fahrzeuge vernichtet wird, kann mit einem Qualitätsfaktor
Q wie folgt bewertet werden:
wobei der Qualitätsfaktor
Q zwischen 0 und 100 liegt und wobei X eine Konstante darstellt,
die experimentell ermittelt wird, und E die Kollisionsenergie darstellt.
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Die
Kollisionsenergie hängt
von der Orientierung und der Geschwindigkeit der beiden Fahrzeuge ab.
Die maximale Kollisionsenergie wird durch einen Q-Wert von 0 und
die mini- Kollisionsenergie
wird durch einen Q-Wert von 0 und die minimale Kollisionsenergie
wird durch einen Q-Wert von 100 repräsentiert.
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Ist
die Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit dem Objekt 2 selbst
bei einer Notbremsung unvermeidlich, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorzugsweise die aktuell von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
mit der berechneten Kollisionsenergiezustandskarte zur Erzeugung
eines Feedbacksignals für
den Fahrer verglichen, welches den Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn
betätigten
Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination
derart anweist, dass die Kollisionsenergie beziehungsweise das Gefahrenpotenzial
der unvermeidlichen Kollision minimal ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahren
wird die berechnete Kollisionsenergie beziehungsweise der Qualitätsfaktor
Q entsprechend der erkannten Objektart zusätzlich gewichtet. Mittels der
Sensoreinheit 4D wird die Objektart des Hindernisses beziehungsweise
Objekts 2 ermittelt, das heißt, die Datenverarbeitungseinheit 3 erhält Daten
darüber,
ob es sich bei dem Hindernis 2 um einen Passanten, einen
PKW, einen LKW oder eine Wand handelt. Beispielsweise wird, wenn
es sich bei dem Objekt um einen Passanten handelt, eine Gewichtung
derart vorgenommen, dass eine Kollision mit diesem Objekt unter
allen Umständen
vermieden wird, selbst wenn dies zu einer Kollision mit einem anderen
Gegenstand beziehungsweise Hindernis 2 führt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird neben der Kollisionsenergie-Zustandskarte zusätzlich eine
Abstands-Zustandskarte erzeugt, die für jede mogliche Fahrzeugbeschleunigung γ und für jeden
möglichen Fahrzeuglenkwinkel θ einen Gesamtabstand
des Kraftfahrzeugs zu den verschiedenen Objekten und zu einem Fahrbahnrand
angibt.
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8 zeigt
ein Kraftfahrzeug 1, welches sich auf einer Fahrbahn bewegt.
Ein Bewertungs- beziehungsweise Qualitätsfaktor Q gibt den Gesamtabstand
zwischen dem Kraftfahrzeug 1 zu dem Objekt 2 sowie
zu dem Fahrbahnrand an. Beispielsweise liegt der Qualitätsfaktor
Q zwischen 100 und 255, wobei 100 für einen sehr geringen Abstand
und 255 für einen
sehr hohen Abstand steht. Das Gefahrenpotenzial der Situation ist
indirekt proportional zu dem berechneten Gesamtabstand.
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Der
Qualitätsfaktor
kann durch folgende Gleichung angegeben werden: Q
= [A·C
+ 100]255 wobei A eine Konstante darstellt,
die experimentell ermittelt wird, so dass der Wertebereich von Q
nicht über
den Wert 255 hinausreicht. C stellt die Summe aller Abstände zwischen
dem Kraftfahrzeug und den unterschiedlichen Objekten und dem Fahrbahnrand dar.
Zu dem Produkt wird ein Wert von 100 hinzuaddiert.
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Die
derart berechnete Abstands-Zustandskarte dient dazu, dass Kraftfahrzeug 1,
auch wenn dieses sich in einem sicheren Fahrzustand befindet, in
einen optimalen Sollzustand zu überführen, wie
er in 3 dargestellt ist. Einen optimalen Sollzustand weist
das Kraftfahrzeug bei einem maximalen Abstand zu allen Hindernissen 2 sowie
zum Fahrbahnrand auf.
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Die
Abstands-Zustandskarte und die Kollisionsenergie-Zustandskarte können zu einer dreidimensionalen
Kollisionszu standskarte mit der Beschleunigung γ, dem Lenkwinkel θ, und dem
Qualitätsfaktor
Q als Parameter derart zusammengefasst werden, dass der Qualitätsfaktor
Q für Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen,
die einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entsprechen, gemäß der Kollisionsenergie-Zustandskarte und
ansonsten gemäß der Abstands-Zustandskarte
gelten vorgegeben wird. Es ist somit möglich, mit einer einzigen derartigen
Karte die optimale Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination γ, θ sowohl
für einen
sicheren Fahrzustand als auch für
eine Fahrzustand mit Kollisionsgefahr anzugeben.
