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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umfeldüberwachung
eines Fahrzeuges.
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Vorbekannt
sind Systeme zur Umfeldüberwachung
von Fahrzeugen, welche beispielsweise zur Vermessung von Parklücken oder
zur Überwachung eines
rückwärtigen Bereiches
des Fahrzeuges dienen.
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So
zeigt die
DE 38 44
340 A1 eine Einrichtung zur Vermessung der Parklücke, bei
welcher mehrere Sensoren im Außenbereich
des Fahrzeuges, welche vorzugsweise in die Stoßstange integriert sind, mittels
einer schwenkbaren Antenne den Abstand zu Hindernissen im Sichtbereich
der Sensoren vermessen. Die Sensoren führen dabei einen Scan in einem
vordefinierten Winkelbereich in einer parallel zur Fahrbahn liegenden
Ebene aus, wobei die Antenne ebenfalls in einer Ebene vertikal verschwenkt
wird, um den vertikalen Raum der Parklücke zu vermessen.
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Weiterhin
vorbekannt ist aus der
DE
101 46 712 A1 eine Einparkhilfsvorrichtung für Kraftfahrzeuge,
welche Sensoren mit flächenförmiger Abstrahlcharakteristik
aufweist, welche senkrecht zueinander angeordnet sind und somit
gleichzeitig eine vertikale und horizontale Ebene erfassen können. Es wird
eine sogenannte „Kreuzkeule" gebildet, welche für Radar-
bzw. Ultraschallsensoren eine systembedingte Aufweitung der Strahlkeule
aufweisen. Es wird hier ein grundsätzlich anderer Ansatz verfolgt.
Mittels sehr schmaler Erfassungsbereiche wird ein Hindernis möglichst
punktgenau erfasst, wobei der Erfassungsbereich lediglich eine kleine
Aufweitung aufweist und das räumliche
Abbild durch ein Verschwenken des Sensors oder durch eine Ablenkung
des Sendestrahls erreicht wird. Die erfassten Abstände, welche
auf Basis des reflektierten Signals berechnet werden, sind ortsaufgelöst entsprechend
dem Abstrahlwinkel zuordenbar.
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Weiterhin
vorbekannt ist aus der
DE
198 06 150 A1 eine Objekterfassungseinrichtung, welche mehrere
streifenförmige
Ebenen zur Objekterfassung auswertet, wobei die Ebenen in Fahrzeuglängsrichtung
hintereinander oder in einem verschiedenen Abstrahlwinkel zur Fahrtrichtung
geneigt, vermessen werden. Es erfolgt eine Erfassung verschiedener
vertikaler Messebenen, um stehende von fahrenden Objekten unterscheiden
zu können.
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Vorbekannt
ist aus der
DE 103
43 331 A1 ein Verfahren zum Erfassen der Kontur eines Hindernisses
in der Umgebung eines Fahrzeuges. Hierfür werden mehrere horizontale
und/oder vertikale Messebenen erfasst, wobei die Lage der Messebenen
einmal in oder entgegen der Fahrtrichtung geneigt wird oder mehrere
Messebenen, welche sich in horizontaler Lage zur Fahrbahn befinden,
mit unterschiedlichem Neigungswinkel erfasst werden, so dass parallel
zum Horizont verschiedene Höhenlagen
der Fahrbahn bzw. der zu erfassenden Hindernisse nacheinander abgetastet
werden. Es erfolgt jeweils nur die Erfassung einer Messebene, eine
Redundanz des Messsignals wird durch die Auswertung mehrerer Messebenen,
aus welchen ein gemitteltes Abstandssignal gewonnen wird, erreicht,
wobei die Messwerte zu unterschiedlichen Abtastzeiten während der
Vorbeifahrt am Fahrzeug ermittelt werden.
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Weiterhin
vorbekannt ist aus der
DE
195 07 957 C1 ein Umfeldüberwachungssystem, welches mittels
Infrarot-Abtastsystemen, vorzugsweise in den Seitenspiegeln, den
seitlich eines Fahrzeuges gelegenen rückwärtigen Bereich erfasst, um
insbesondere bei LKW-Anwendungen den für den Fahrer nicht sichtbaren
Bereich zu überwachen.
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Aus
der
DE 100 59 313
A1 ist eine Anordnung zur Überwachung des Umfeldes eines
Fahrzeuges vorbekannt die wenigstens zwei Kameras mit einer Weitwinkeloptik
aufweist wobei sich deren Erfassungsbereiche überdecken. Die Verwendung zweier
Kameras wird insbesondere für
eine dreidimensionale Analyse des Fahrzeugumfeldes benötigt. Die Überdeckung
der Erfassungsbereiche verkörpert nicht
den erfindungsgemäßen Vorteil,
dass mit Gefährdungspotential
eintretende Objekte sich in der für die Erfassung besonders geeigneten,
quer zur Erfassungsrichtung liegenden Ebene bewegen. Eine zweidimensionale
Sektorenbildung ist nicht beschrieben.
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Weiterhin
ist aus der
WO
2005/045768 A1 eine Anordnung von zwei Kameras bekannt
deren Erfassungsbereiche sich überdecken.
Die Auswertung der Positionsdaten erfolgt auf Basis einer Triangulation.
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Die
bekannten Umfeldüberwachungssysteme
sind aufgrund der fehlenden Redundanz und Genauigkeit für einen
Einsatz zur Erkennung eines bevorstehenden Aufpralls ungeeignet.
Strahlbasierte Systeme weisen hierfür eine zu geringe Aufweitung auf
und erfassen das Umfeld nur punktuell. Weiterhin fehlt im Stand
der Technik eine Redundanz der Information im für den Fahrer besonders gefährlichen
Bereich nahe am Fahrzeug.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Aufprallerkennung
anzugeben, welches die Überwachung
des Bereiches vor und/oder hinter und/oder neben dem Fahrzeug mit
hoher Sicherheit gewährleistet
und damit unter allen Fahrbedingungen eine Vorhersage eines eventuellen
Aufpralls ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird für
ein Verfahren zur Aufprallerkennung gemäß der Merkmale des Anspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die
Vorrichtung zur Umfeldüberwachung
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahren weist
für die
Erkennung eines Aufpralls wenigstens zwei Sensoren, vorzugsweise
bildgebende Sensoren, z. B. CCD-Kameras, auf, deren Erfassungsbereiche
sich überdecken,
wobei sich der Überdeckungsbereich
jeweils entlang der Fahrzeugfront oder dem Fahrzeugheck oder dem
Fahrzeugseitenbereich, erstreckt. Bildgebende Sensoren sind zur Umfeldüberwachung
besonders geeignet, da sie ein zweidimensionales Gesamtbild der
Umgebung aufnehmen und mittels Algorithmen der Bildverarbeitung,
aus den aufgenommenen Kontrastunterschieden, Objekte identifiziert
werden können.
Bildgebende Sensoren sind daher hinsichtlich der Erkennung und Klassifizierung
von Objekten hervorragend geeignet, weisen jedoch hinsichtlich der
Geschwindigkeitsbestimmung für
die erfassten Objekte Nachteile auf. Diesen Nachteil umgeht die
erfindungsgemäße Ausgestaltung,
indem die Eigenschaft bildgebender Sensoren bzw. die Möglichkeiten
der Auswertealgorithmen genutzt werden, die sich senkrecht zur Bildebene
bewegende Objekte hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit besonders gut
klassifizieren zu können.
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise eine Ortsbestimmung mittels
Triangulation vorgenommen werden, da sich die Erfassungsbereiche
jeweils vor oder hinter oder neben dem Fahrzeug überdecken. Die Genauigkeit
der Berechnung der Lage des Objektes ist aufgrund des Abstandes
der jeweils gegenüberliegenden,
zur Triangulation verwendeten Sensoren, gut.
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Die
erfindungsgemäße Umfeldüberwachung ist
für ein
System zur Erkennung eines bevorstehenden Aufpralls aufgrund der
geforderten Erkennungssicherheit besonders geeignet. Insbesondere
die Wirkung der Systeme zum Insassenschutz, wie Gurtstraffer, Airbag
usw. verbessert sich mit einer Früherkennung des Aufpralls. Hier
können
bereits vor dem Eintritt des Aufpralls Aktoren vorkonditioniert
werden oder die insassensichernden Einrichtungen, wie Gurtstraffer
etc., ausgelöst
werden. Mit Kenntnis der Art bzw. Richtung eines eventuell kollidierenden Fahrzeuges
kann weiterhin beispielsweise ein Airbag gezielt ausgelöst werden.
Weiterhin können
aktive Fahrerschutzsysteme, welche beispielsweise den Aufprallbereich
aktiv versteifen oder eine aktive Kopfstütze bereits vor dem Aufprall
vorkonditioniert oder ausgelöst
werden. Diese Einrichtungen zum Insassenschutz bewirken für den Fahrer
deutlich spürbare Eingriffe
und sind in den meisten Fällen
irreversibel, so dass eine Fehlerkennung unbedingt ausgeschlossen
werden muss. Hierzu ist die Verwendung bildgebender Sensoren besonders
geeignet, da diese eine komplexe zweidimensionale Analyse des jeweiligen Sensorabbildes
erlauben. Die Redundanz der Information im sicherheitsrelevanten
Bereich, direkt neben dem Fahrzeug, ist aufgrund der Verwendung
wenigstens zweier Sensoren mit überdeckendem
Erfassungsbereich, besonders günstig.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
erstreckt sich der Erfassungsbereich der bildverarbeitenden Sensoren
jeweils entlang der Erstreckung der jeweiligen Fahrzeugkante. Der
Erfassungsbereich weitet sich dabei mit Abstand zum Fahrzeug auf.
Mit dieser Ausrichtung der Sensorik ist der gesamte Verlauf der Fahrzeugkarosserie
im Erfassungsbereich der Sensoren, so dass der sicherheitsrelevante
Bereich optimal erfassbar ist. Die Aufweitung mit Abstand zum Fahrzeug
erlaubt eine Früherkennung
von Objekten, so dass die Algorithmen der Objektbildung, welche aus
den erfassbaren Kontrastunterschieden verfolgbare Objekte bilden,
bereits vor dem Eintritt in den sicherheitsrelevanten Bereich erfolgt
sind und damit mit geringerem Rechen- und Zeitaufwand eine Verfolgung
dieser Objekte im sicherheitsrelevanten Bereich stattfinden kann.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
sind die Sensoren so ausgebildet, dass jeder der jeweils gegenüberliegenden
Sensoren wenigstens einen gemeinsamen Punkt auf der Fahrzeugfront
oder dem Fahrzeugheck oder der Fahrzeugseite mit seinem Erfassungsbereich überdeckt.
Damit ist gewährleistet,
dass die von den Sensoren erfassten Signale räumlich auf ein gemeinsames
Koordinatensystem bezogen werden können, da die Sensoren einen
zu ihrem Standort am Fahrzeug festliegenden definierten Messpunkt
aufweisen.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
für eine Fahrzeugfrontüberwachung
sind die Sensoren im vorderen Fahrzeugbereich nahe oder in den jeweiligen
vorderen Fahrzeugscheinwerfern beabstandet zueinander angeordnet.
Diese Orte erlauben eine das Erscheinungsbild des Fahrzeuges nicht
störende Anbringung,
bei welcher trotzdem der notwendige Erfassungsbereich gesichert
werden kann. Dasselbe gilt für
die im hinteren Fahrzeugbereich angeordneten Sensoren, die in oder
nahe der jeweiligen hinteren Fahrzeugbeleuchtung oder beabstandet
voneinander, in den hinteren Stossfänger, integriert sind. Die
Anbringungsorte erlauben für
die Sensoren jeweils einen Erfassungsbereich entlang der zu überwachenden
Außenkontur
des Fahrzeuges.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
erfolgt das Verfahren zur Erkennung eines möglichen Aufpralls, bevorzugt
mittels wenigstens zweier gegenüberliegender,
bildgebender Sensoren, deren Erfassungsbereiche sich entlang jeweils
einer Fahrzeugkante erstrecken und an dieser überschneiden sollen. Innerhalb des
Erfassungsbereiches der Sensoren erfolgt eine zeit- und ortsaufgelöste Erfassung
von im Erfassungsbereich befindlichen Objekten. Hierbei erfassen
zwei örtlich
voneinander getrennte Sensoren ortsaufgelöst die Relativposition der
erkannten Objekte. Weiterhin wird aus der Orts- und Zeitauflösung deren
Geschwindigkeit berechnet. Es erfolgt die Berechnung der Relativposition
und/oder Relativbewegung sowie der Relativgeschwindigkeit zur Erkennung
eines bevorstehenden Aufpralls. Aufgrund des Abstandes der Sensoren
zueinander ist eine Berechnung der Lage der Objekte zum Fahrzeug
sehr gut möglich,
wobei weiterhin die Objektbildung durch die Ansicht von wenigstens
zwei Seiten eine gute Klassifizierung der Objekte sowie eine Erkennung
von deren Bewegungsrichtung erlaubt. In vorteilhafter Weise liegt
der sicherheitsrelevante Überwachungsbereich
für einen
Aufprall direkt vor der jeweiligen Fahrzeugkante im redundant durch
beide Sensoren abgedeckten Überwachungsbereich,
wobei hier, für
eine genaue Orts- und Geschwindigkeitsbestimmung die, Erfassungsbereiche
so gestaltet sind, dass die eindringenden Objekte sich nahezu senkrecht
im Erfassungsbereich bewegen, so dass die nachfolgende Bildverarbeitung
insbesondere eine genaue Geschwindigkeitsbestimmung erlaubt. Hierbei
werden zur Vereinfachung der Berechnung der Geschwindigkeit und
Lage der Objekte innerhalb der Erfassungsbereiche der bildverarbeitenden
Sensoren aus deren zweidimensionalen Abbild mehrere streifenförmige Ausschnitte
aus dem Erfassungsbereich einzeln ausgewertet. Aufgrund der Überdeckung
der Streifen der Erfassungsbereiche bilden sich örtlich, relativ zum Fahrzeug,
geometrisch zuordenbare viereckige Sektoren. Aus der Erfassung der
Objekte im jeweiligen Messstreifen jedes Sensors, ist ein Objekt
sicher einem oder bei größerer Ausdehnung
mehreren Sektoren, zuordenbar. Die Relativgeschwindigkeit sowie die
Bewegungsrichtung der Objekte ist durch den Durchgang der Objekte,
durch die geometrisch zum Fahrzeug zuordenbaren Sektoren, mit geringem
Aufwand bestimmbar.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
erfolgt eine Kalibrierung der Sensoren, indem deren Signale bzw. die
jeweils erkannten Objekte einem gemeinsamen Koordinatensystem zugeordnet
werden. Die Ausrichtung der jeweiligen Sensoren auf das gemeinsame Koordinatensystem
erfolgt dabei anhand eines von den Sensoren aus ermittelbaren Messpunktes
an der Karosseriefläche
der Fahrzeugfront, Fahrzeugseite oder des Fahrzeughecks, welche
in Bezug zu den Sensoren eine bekannte Relativlage aufweisen. Als Messpunkt
kann dabei eine markante Form auf der Front-, Seiten- oder Heckfläche der
Fahrzeugkarosserie dienen.
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Eine
weitere vorteilhafte Eigenschaft des Systems ist seine Selbstdiagnosefähigkeit.
Aufgrund der Überdeckung
der Erfassungsbereiche und der Ermittelbarkeit eines gemeinsam von
den Sensoren erfassbaren Messpunktes, kann auf Basis der Auswertung
der Sichtbarkeit des Messpunktes durch die jeweiligen Einzelsensoren
eine Bewertung hinsichtlich deren Funktion erfolgen. Auftretende
Abweichungen sind hierbei ein bewertbares Maß für die Funktionsfähigkeit
des Systems. Eventuelle Fehlfunktionen oder Verschmutzungen können somit
diagnostiziert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems erfolgt die
Auswertung der bildgebenden Sensoren mit innerhalb der Erfassungsbereiche unterschiedlichen
Abtast- bzw. Auswerteraten. Es können
dabei, um Rechenzeit zu sparen, die weiter vom Fahrzeug entfernten
Bereiche eine jeweils geringere Abtastrate aufweisen, wobei die
sicherheitsrelevanten Bereiche neben dem Fahrzeug häufiger abgetastet
bzw. ausgewertet werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das System gleichfalls
zur Verwendung in einem Spurwechselassistenten Verwendung finden. Hierfür können in
einer gesonderten Ausführung
die aus der Objekterkennung gewonnen Daten verarbeitet werden.
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Die 1 zeigt
die Umfeldüberwachungseinrichtung
in einer Anwendung für
die Fahrzeugfrontseite eines Fahrzeuges 1. Ein bildgebender
Sensor 2 ist in Fahrtrichtung F gesehen an der linken Fahrzeugseite
angeordnet und weist einen Erfassungsbereich 4 auf, der
an seiner rechten Begrenzung entlang der Fahrzeugfront verläuft und
sich in Fahrtrichtung F nach vorn aufweitet. Der Sensor 2 hat
einen Öffnungswinkel
von 80°,
welcher hier beispielhaft angegeben ist. Auf der in Fahrtrichtung
F gesehenen rechten Seite befindet sich ein weiterer bildgebender
Sensor 3, dessen Erfassungsbereich 5 ebenfalls
entlang der Fahrzeugfront verläuft,
wobei sich die Erfassungsbereiche 4, 5 vor dem
Fahrzeug 1 überschneiden
und die Sensoren 2, 3 so angeordnet sind, dass
diese wenigstens einen gemeinsamen Punkt entlang der Fahrzeugfrontseite
in ihrem gemeinsamen Erfassungsbereich (Überschneidung der Erfassungsbereiche 4 und 5)
aufweisen. In der gezeigten Ausführung
sind die Erfassungsbereiche 4, 5 so gestaltet,
dass sich die Sensoren 2, 3 jeweils gegenüberliegend
in dem Erfassungsbereich des jeweils anderen Sensors befinden. Die
Auswertung der bildgebenden Sensoren 2, 3 erfolgt
vorzugsweise unterteilt in einzeln auswertbaren, streifenförmigen Ausschnitten – Messstreifen 6 – aus dem
Erfassungsbereich 4, 5. Bei CCD-Kameras beispielsweise erfolgt
die Auswertung der lichtempfindlichen Pixel, entsprechend der optischen
Abbildung der Messstreifen 6 auf der lichtempfindlichen
Oberfläche,
in Streifen unterteilt, so dass eine Auswertung der unterschiedlichen
Helligkeiten bzw. Kontrastunterschiede entsprechend der in dieser
Figur dargestellten Messstreifen 6 aus dem Erfassungsbereich 4, 5 erfolgt.
Ein Fahrzeug 1 im Erfassungsbereich 4, 5 der Sensoren 2, 3 kann
dabei hinsichtlich seiner Lage in den einzeln auswertbaren Streifen
ermittelt werden. Innerhalb des Überdeckungsbereiches
der Erfassungsbereiche 4, 5 bildet sich eine Vielzahl
viereckiger Sektoren 7 aus der Überschneidung der streifenförmigen Abschnitte 6 aus
dem Erfassungsbereich aus. Mittels der Auswertung der Lage von Objekten innerhalb
der streifenförmigen
Ausschnitte aus dem Erfassungsbereich der Einzelsensoren, kann ein
Objekt einem Streifen pro Sensor und damit aus der Zugehörigkeit
zu zwei unterschiedlichen zu jeweils einem Sensor gehörenden Messstreifen 6 eindeutig
einem Sektor und somit einer relativ zum Fahrzeug 1 definierten
Position zugeordnet werden. Aus der Analyse der Objektbewegung innerhalb
der Sektoren ist in einfacher Weise eine Richtungs- und Geschwindigkeitsauflösung der
Objektbewegung relativ zum Fahrzeug 1 möglich.
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Ein
sich im gemeinsamen Erfassungsbereich der Sensoren 2, 3 relativ
zum Fahrzeug bewegendes Objekt passiert somit nacheinander verschiedene,
streifenförmige
Ausschnitte 6 aus dem Erfassungsbereich 4, 5 der
Sensoren 2, 3, so dass eine sich zeitlich ändernde
Zuordnung zu verschiedenen Sektoren 7 erfolgen kann und
auf Basis der zeitaufgelösten
Analyse die Zugehörigkeit
zum jeweiligen Sektor 7 dessen Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung
ermittelt werden kann.
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2 zeigt
eine Anwendung der Umfeldüberwachungseinrichtung
gemäß 1,
wobei abweichend die Erfassungsbereiche 4, 5 der
bildverarbeitenden Sensoren 2, 3 180° betragen.
Die Erfassungsbereiche 4, 5 überdecken sich hierbei, wobei insbesondere
vor dem Fahrzeug 1 eine dichte Rasterung der Umgebung in
Sektoren 7 durch die gebildeten, streifenförmigen Ausschnitte 6 des
Erfassungsbereiches 4, 5 der Sensoren 2, 3 erfolgt.
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3 zeigt
die Umfeldüberwachungsvorrichtung
in einer Anwendung für
den Seitenbereich des Fahrzeuges 1. Ein bildgebender Sensor 2 ist
dabei in Fahrtrichtung F des Fahrzeuges 1 gesehen vorn
angeordnet und weist einen Erfassungsbereich 4 entlang
der Fahrzeigseite auf, wobei sich der Erfassungsbereich 4 mit
Abstand zum Fahrzeug 1 aufweitet. Ein weiterer Sensor 3 ist
in Fahrtrichtung F gesehen hinten angeordnet und mit seinem Erfassungsbereich 5 nach
vorn orientiert, wobei dieser sich entlang der Fahrzeugseite erstreckt
und mit Abstand zu dieser aufweitet. Die Erfassungsbereiche 4, 5 überdecken
sich dabei und haben wenigstens einen Punkt auf der Fahrzeugseite
in ihrem gemeinsamen Erfassungsbereich. Der Erfassungsbereich beträgt hierbei
beispielhaft 45°,
wobei Erfassungsbereiche 4, 5 bis 90° oder erweitert
180° möglich sind.
Wichtig ist hierbei, dass sich die Erfassungsbereiche (4, 5)
im crashrelevanten Bereich neben dem Fahrzeug 1 überdecken
und zu Justage und Fehlerdiagnose einen gemeinsamen Punkt auf der
Fahrzeugseite in ihrem Erfassungsbereich aufweisen.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Sensor
A
- 3
- Sensor
B
- 4
- Erfassungsbereich
Sensor A
- 5
- Erfassungsbereich
Sensor B
- 6
- streifenförmiger Ausschnitt
aus dem Erfassungsbereich 4, 5 – Messstreifen –
- 7
- Sektor
- F
- Fahrtrichtung