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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum präventiven Schutz von Insassen eines Fahrzeugs vor einer Kollision gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind bereits eine Reihe von Schutzsystemen und Verfahren zum Schutz der Insassen eines Kraftfahrzeugs vor oder während einer Kollision vorgeschlagen worden.
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In der
DE 10 2005 022 997 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur präventiven Ansteuerung eines Insassenschutzmittels vorgeschlagen. Dazu weist ein Fahrzeug Sensoren auf, um Fahrzustandsdaten zu erfassen, bei Vorliegen eines kritischen Fahrzustands wird ein Insassenschutzmittel aktiviert, um die Belastung von Fahrzeuginsassen bei einer Kollision zu vermindern. Beispiele für derartige Insassenschutzmittel sind eine elektrische Sitzverstellvorrichtung, ein reversibler Gurtstraffer, eine elektrische Verstellvorrichtung von Fahrzeugöffnungen oder eine elektrisch verstellbare Prallschutzvorrichtung.
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In der
DE 10 2009 029 475 A1 wird ein Verfahren für den Betrieb einer mittels eines Aktors betätigbaren Crashbox beschrieben, die die bei einer Kollision auftretende Energie in Verformungsarbeit umwandeln soll. Eine unmittelbar bevorstehende Kollision wird durch eine Umfeldsensorik erfasst, um den Aktor der Crashbox auszulösen. Alternativ kann der Aktor der Crashbox auch unmittelbar nach dem Eintreten eines Unfalls aktiviert werden.
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Ein Kraftfahrzeug mit einem präventiv wirkenden Schutzsystem ist aus der
DE 10 2004 038 167 A1 bekannt. Das Fahrzeug weist Sensoren auf, um die Fahrzeugumgebung zu erkennen, bei einem erkannten kritischen Fahrzustand wird eine Sicherheitseinrichtung angesteuert und ausgelöst. Beispiele für eine derartige Sicherheitseinrichtung sind ein reversibler Gurtstraffer oder ein verfahrbares Rückhaltepolster. Daneben kann eine elektrische Sitzverstelleinrichtung als Sicherheitseinrichtung angesteuert werden, die so bewegt wird, dass das Risiko einer Verletzung von Fahrzeuginsassen minimiert wird.
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Die
DE 10 2008 005 310 A1 schlägt ein Verfahren zur Beeinflussung der Bewegung eines Fahrzeugs zur Kollisionsvermeidung vor. Beim vorzeitigen Erkennen einer unvermeidbaren Kollision mit einem Hindernis werden in Abhängigkeit von ermittelten Umgebungsinformationen Maßnahmen zur Reduzierung der Unfallfolgen vorgenommen. Zur Beeinflussung der Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs werden Reibungskräfte verteilt, beispielsweise durch Regelung des Radschlupfes an mindestens einem Rad.
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Das Dokument
DE 10 2005 003 274 A1 betrifft ein Verfahren zur Vermeidung und/oder Minderung der Folgen einer Kollision beim Ausweichen eines Fahrzeugs vor einem Hindernis. Dazu wird durch wenigstens einen Umfeldsensor ein Hindernis erkannt, auf der Basis der erfassten Daten des Hindernisses sowie anhand von Daten des Fahrzeugs wird eine zur Unterstützung eines Ausweichvorgangs günstige Fahrzeugverzögerung ermittelt und das Fahrzeug entsprechend verzögert. Optional kann eine automatische Notbremsung durchgeführt werden, ebenso kann optional ein reversibles Rückhaltesystem wie ein Gurtstraffer betätigt werden.
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Ein Verfahren zur Unfallvermeidung bei Kraftfahrzeugen wird in der
DE 10 2005 002 760 A1 vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird mittels eines Umgebungserfassungssystems ein digitales Lagebild der Umgebung eines Fahrzeugs erstellt. Jedem erfassten Objekt und dem (eigenen) Fahrzeug wird ein Dynamikmodell zugeordnet, wodurch ein Umfeldmodell geschaffen wird. Anschließend wird eine Kollisionserkennung hinsichtlich der erfassten Objekte und des eigenen Fahrzeugs durchgeführt, so dass eine Kollisionszeit und ein Kollisionsort ermittelt werden kann. Ebenso kann eine Kollisionswahrscheinlichkeit ermittelt werden. Auf dieser Basis kann zur Kollisionsvermeidung ein Notmanöver durch Bremsen und Ausweichen geplant und durchgeführt werden.
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Die
DE 100 36 276 A1 betrifft ein automatisches Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einer Sensoreinheit zur Erfassung von Zustandsgrößen und Kenngrößen des Fahrzeugs und zur Erfassung von Umgebungsbedingungen. Mittels einer Regel- und Steuereinheit können Stellsignale erzeugt werden, um eine Fahrzeugbremse und/oder die Fahrzeuglenkung zu steuern, um bei einem erkannten Hindernis dieses zu umfahren. Bei einer unvermeidbaren Kollision wird einer von mehreren möglichen Ausweichwegen ausgewählt.
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Die bekannten Verfahren zum präventiven Schutz von Insassen zeichnen sich dadurch aus, dass eine bevorstehende Kollision mittels wenigstens eines das Fahrzeugumfeld erfassenden Sensors detektiert wird und dass nach dem Erkennen einer drohenden Kollision eine Aktion ausgelöst wird. Typische Aktionen sind die Betätigung eines Gurtstraffers oder eines Sitzverstellsystems.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum präventiven Schutz von Insassen anzugeben, das besser an unterschiedliche Unfallverläufe angepasst ist und einen optimalen Insassenschutz gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 vorgesehen.
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Während bei herkömmlichen Schutzsystemen für Fahrzeuginsassen und entsprechenden Verfahren zur Ansteuerung eines Insassenschutzmittels in den meisten Fällen lediglich in den letzten Millisekunden vor der Kollision eine Beeinflussung der Fahrzeugdynamik erfolgt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass vor und während einer Kollision kontinuierlich eine Situationsanalyse durchgeführt wird, um den tatsächlichen Kollisionsverlauf zu berücksichtigen. Auf diese Weise kann die zum Schutz der Insassen ausgelöste Aktion permanent überprüft und gegebenenfalls an ein geändertes Umfeld oder eine geänderte Unfallsituation angepasst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird somit kontinuierlich mehrfach durchlaufen, wodurch eine besonders gute Anpassung an das Umfeld gewährleistet wird.
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Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist somit darin zu sehen, dass eine Verknüpfung zwischen der Ansteuerung von Aktoren und einer Betrachtung des Fahrzeugumfelds als geschlossener Regelkreis vorgesehen ist. Erfindungsgemäß werden somit aktuell durchgeführte Aktionen überwacht, bei Bedarf werden Änderungen vorgenommen, das heißt, eine Aktion wird beendet, eine andere Aktion wird ausgelöst oder eine Aktion wird geändert. Beliebige Kombinationen, die durch unterschiedliche Aktoren vorgenommen werden, sind je nach Bedarf möglich.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Erfassung des Fahrzeugumfelds mittels wenigstens eines Hecksensors und/oder mittels wenigstens eines Seitensensors und/oder mittels wenigstens eines Frontsensors erfolgen. Vorzugsweise werden mehrere derartige Sensoren verwendet, um das Fahrzeugumfeld möglichst vollständig zu überwachen. Derartige Sensoren können auch Bestandteil von Fahrerassistenzsystemen sein, dementsprechend sind sie häufig bereits vorhanden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren mit geringem Bauaufwand implementiert werden kann. Die das Fahrzeugumfeld erfassenden Sensoren können beispielsweise als Radarsensoren, als Kamera oder als Ultraschallsensor ausgebildet sein, ebenso kann eine Kombination mehrerer Sensoren verwendet werden.
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Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die die Bewegung des Fahrzeugs beeinflussende Aktion aus der folgenden Gruppe ausgewählt:
- - Eingreifen in die Fahrzeuglängsdynamik, insbesondere durch Beschleunigen oder Abbremsen;
- - Eingreifen in die Fahrzeugquerdynamik, insbesondere durch eine Lenkbewegung und/oder durch Beschleunigen oder Abbremsen eines oder mehrerer einzelner Räder;
- - Erzeugen eines Nick-, Wank- oder Giermoments, insbesondere durch eine Dämpferverstellung, Betätigen einer Fahrwerksniveauregelung und/oder durch Betätigen eines pneumatischen oder hydraulischen oder pyrotechnischen Aktors.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass mehrere der erwähnten Aktionen kombiniert werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug abgebremst und dabei gleichzeitig gelenkt werden, um eine Kollision zu vermeiden.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen überprüft, welche Aktionen möglich sind, um anschließend eine oder mehrere Aktionen auszulösen, die einen verbesserten Schutz der Insassen erwarten lassen. Dementsprechend wird nach dem Auslösen einer Aktion im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erneute Analyse des Fahrzeugumfelds durchgeführt und die ausgelöste Aktion in einem Regelkreis gegebenenfalls an eine geänderte Umfeldsituation angepasst.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Rahmen der Auswahl einer optimalen Aktion verschiedene durchfahrbare Trajektorien untersucht werden, von denen eine optimale Trajektorie ausgewählt wird. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit eine Optimierung dahingehend durchgeführt werden, dass eine optimale Trajektorie ermittelt und anschließend durch eine Lenkbetätigung ausgewählt und angesteuert wird. Da die Auswahl einer optimalen Aktion in Echtzeit erfolgt, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentlich schnellere Anpassung an ein verändertes Umfeld möglich im Vergleich zu einem menschlichen Fahrer.
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Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass bei der Festlegung einer Trajektorie Grenzwerte für beeinflussbare Größen wie Beschleunigung oder Lenkwinkel gewählt werden, durch deren Wahl eine Kollision vermieden wird. Dementsprechend können durch das erfindungsgemäße Verfahren solche Trajektorien oder Fahrzustände ausgewählt und gesteuert werden, bei denen gerade keine Kollision auftritt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine Verkehrssituation bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 die Verkehrssituation von 2 zu einem späteren Zeitpunkt;
- 4 die Verkehrssituation von 3 zu einem späteren Zeitpunkt; und
- 5 ein Diagramm der Krafteinwirkung auf einen Fahrzeuginsassen mit dem und ohne das erfinderische Verfahren.
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1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Umsetzung des Verfahrens erfolgt mittels einer Steuereinrichtung 1, die mit Sensoren gekoppelt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuerungseinrichtung 1 mit einem Hecksensor 2, Seitensensoren 3 und Frontsensoren 4 verbunden.
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Die verschiedenen Sensoren 2, 3, 4 erfassen das Umfeld eines Fahrzeugs, insbesondere werden andere Verkehrsteilnehmer wie Fahrzeuge oder Fußgänger erfasst. Darüber hinaus sind die Sensoren auch zur Erfassung ortsfester Hindernisse wie beispielsweise Leitplanken oder Bauwerke ausgebildet. Wesentlich ist dabei, dass neben der Position anderer Verkehrsteilnehmer oder Fahrzeuge auch deren Geschwindigkeitsvektor erfasst werden kann. Anhand der erfassten Geschwindigkeitsvektoren kann mit dem bekannten Geschwindigkeitsvektor des eigenen Fahrzeugs ein Bewegungsmodell erstellt werden. Mit diesem Modell kann eine Verkehrssituation zu einem zukünftigen Zeitpunkt errechnet werden, wodurch eine drohende Kollisionsgefahr erkannt werden kann. Im Rahmen einer Situationsanalyse wird somit eine Bewertung des aktuellen Fahrzeugumfelds unter Berücksichtigung der weiteren Verkehrsteilnehmer vorgenommen. Auf diese Weise wird ein Wahrscheinlichkeitswert für eine Kollision berechnet, ebenso wie die verbleibende Zeit bis zur Kollision. Sofern festgestellt worden ist, dass die Gefahr einer Kollision besteht, wird überprüft, welche Aktoren des Fahrzeugs zur Vermeidung oder Minimierung einer Kollision aktivierbar sind. Der Begriff „Aktor“ ist in diesem Zusammenhang weit zu verstehen und umfasst sämtliche Aggregate oder Systeme, die einen Einfluss auf die Bewegung des Fahrzeugs nehmen können. Dazu zählen beispielsweise die Bremse, die Lenkung, das Gaspedal, eine Fahrwerksniveauregelung, eine Dämpferverstellung usw. Im Rahmen des Verfahrens wird zunächst geprüft, welche Aktoren aktuell zur Verfügung stehen. Von mehreren möglichen Aktionen wird wenigstens eine ausgewählt, bei der die Wahrscheinlichkeit einer Kollision am geringsten ist. Die entsprechende Aktion wird ausgewählt und der zugeordnete Aktor wird angesteuert. In 1 sind mehrere Aktoren 5 dargestellt, die im Rahmen einer Regelung beeinflusst werden können. Durch die Ansteuerung des Aktors wird eine die Bewegung des Fahrzeugs beeinflussende Aktion ausgelöst, beispielsweise ein Bremsvorgang, ein Lenkvorgang oder ein Beschleunigungsvorgang.
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Im Rahmen des Verfahrens werden verschiedene Trajektorien untersucht, von denen diejenige ausgewählt wird, bei der die Crashwahrscheinlichkeit am geringsten ist. Beim Befahren der entsprechenden Trajektorie wird permanent bzw. in kurzen Zeitabständen bewertet, ob die ausgewählte Trajektorie immer noch diejenige mit der geringsten Crashwahrscheinlichkeit ist. Falls ja, wird die ausgewählte Trajektorie beibehalten. Änderungen können sich jedoch bei Lenkbewegungen oder durch die Trajektorien anderer Verkehrsteilnehmer ergeben. Ebenso kann der Fall eintreten, dass sich das Fahrzeug einem ortsfesten Hindernis nähert. Wenn beispielsweise zusätzliche Objekte im Frontbereich oder im Seitenbereich hinzugekommen sind und eine andere Trajektorie zu einer geringeren Crashwahrscheinlichkeit führt, wird nach einer weiteren Bewertung bzw. Überprüfung die Trajektorie angepasst bzw. eine geänderte Zieltrajektorie ausgewählt. Diese Verfahrensschritte werden in einer Schleife solange durchgeführt, bis die Wahrscheinlichkeit einer Kollision gering ist. Obwohl in den meisten Fällen ein Eingriff in die Lenkung sowie ein Beschleunigungsvorgang oder ein Bremsvorgang durchgeführt wird, können auch andere Aktoren wie z. B. die Stoßdämpfer angesteuert werden, um die Bewegung des Fahrzeugs auf eine bestimmte Art zu beeinflussen.
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Die 2 - 4 zeigen eine Verkehrssituation bei der Durchführung des Verfahrens zum präventiven Schutz von Insassen vor einer Kollision zu verschiedenen Zeitpunkten.
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2 zeigt eine Verkehrssituation zum Zeitpunkt t1, durch das eigene Fahrzeug 6 wird durch den Hecksensor 2 die hohe Kritikalität einer Heckkollision erkannt, da der Aufprall eines nachfolgenden Fahrzeugs 10 droht. Von der Steuerungseinrichtung 1 des Fahrzeugs 6 werden nun mögliche Trajektorien 7, 8, 9 berechnet. Für jede Trajektorie 7, 8, 9 wird mittels des erwähnten Bewegungsmodells geprüft, ob es bei Fortsetzung der Fahrt entlang der Trajektorie zu einer Kollision kommen würde. Dementsprechend wird überprüft, ob die Kollisionswahrscheinlichkeit (Crashwahrscheinlichkeit) für eine Trajektorie hoch oder niedrig ist. Bei einer hohen Kollisionswahrscheinlichkeit wird die mögliche Trajektorie verworfen. Zum Zeitpunkt t1 wird die Trajektorie 7 ausgewählt.
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3 zeigt die Verkehrssituation von 2 nach dem Verstreichen eines kurzen Zeitabschnitts, zum Zeitpunkt t2. Das nachfolgende Fahrzeug 10 hat seinen Abstand zum eigenen Fahrzeug 6 verringert. Zum Zeitpunkt t2 wird durch den Hecksensor 2 das mit geringem Abstand folgende Fahrzeug 10 erfasst, daher erhöht sich die Kollisionswahrscheinlichkeit für die ausgewählte Trajektorie 7. Da das Verfahren in einer Schleife durchgeführt wird, erfolgt eine neue Bewertung einer möglichen Trajektorie. Da die Trajektorie 9 zu einer Kollision mit einer Leitplanke 11 führen würde und sich auf der Trajektorie 7 zusätzlich ein vorausfahrendes Fahrzeug 12 befindet, ergibt eine erneute Bewertung aller Trajektorien 7, 8, 9, dass die Trajektorie 8 zur geringsten Kollisionswahrscheinlichkeit führt. Entsprechend wird von der Steuerungseinrichtung 1 einer der Aktoren 5 angesteuert, um die Lenkung zu beeinflussen, so dass das Fahrzeug 6 seinen Weg entlang der Trajektorie 8 fortsetzt.
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4 zeigt die Verkehrssituation der 2 und 3 nach dem Verstreichen eines weiteren Zeitraums, zum Zeitpunkt t3. Von den Sensoren, insbesondere von Frontsensoren, wird ein weiteres Fahrzeug 13 erfasst, dabei handelt es sich um ein entgegenkommendes Fahrzeug. Das entgegenkommende Fahrzeug 13 erhöht die Kollisionswahrscheinlichkeit der aktuell ausgewählten Trajektorie 8 erheblich. Eine erneute Bewertung aller möglichen Trajektorien 7, 8 oder 9 ergibt, dass eine weitere Bewegung des Fahrzeugs 6 auf keiner der drei zur Verfügung stehenden Trajektorien 7, 8, 9 mehr möglich ist, ohne eine Kollision zu provozieren. Die Steuerungseinrichtung 1 steuert daher einen Aktor 5 an, um einen Bremsvorgang auszulösen. Dadurch wird das Fahrzeug 6 abgebremst, durch ein gezieltes Nicken der Karosserie nach hinten werden die Fahrzeuginsassen optimal an ihre Sitze angekoppelt. Diese Nickbewegung wird ebenfalls durch die Steuerungseinrichtung 1 ausgelöst, das dazu einen weiteren Aktor, nämlich ein aktives Fahrwerkelement, ansteuert. Das aktive Fahrwerkelement kann pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder irreversibel pyrotechnisch angesteuert werden.
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Um die Unfallfolgen weiter zu verringern, erfolgt mittels des Hecksensors eine Erkennung der Abmessungen des Unfallgegners, der Hecksensor kann dazu als optischer Sensor, beispielsweise als Kamera, ausgebildet sein. Um eine optimale Crashkompatibilität mit dem hinteren Unfallgegner, dem Fahrzeug 10, zu erzielen, wird das Niveau des hinteren Fahrwerks entsprechend vertikal angepasst. Die Anpassung bzw. Ansteuerung des hinteren Fahrwerks erfolgt ebenfalls durch die Steuerungseinrichtung 1, die einen Aktor 5 ansteuert.
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5 ist ein Diagramm und zeigt die Krafteinwirkung auf einen Fahrzeuginsassen mit dem bzw. ohne das Verfahren zum präventiven Schutz vor einer Kollision. Auf der Abszisse ist die Intrusionstiefe aufgetragen, auf der Ordinate die auf den Kopf oder Körper des Insassen einwirkende Kraft.
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Wie zuvor beschrieben wurde wird unmittelbar vor einer Kollision eine Nickbewegung ausgelöst, um die Fahrzeuginsassen optimal an die Sitze anzukoppeln.
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In 5 zeigt die gestrichelte Linie die auf den Insassenkörper bzw. den Kopf eines Insassen einwirkende Kraft, wenn keine Maßnahmen zum präventiven Schutz der Insassen durchgeführt werden, die durchgezogene Linie zeigt im Vergleich dazu qualitativ die auf die Insassen bzw. den Kopf von Insassen einwirkende Kraft bei dem Verfahren zum präventiven Schutz der Insassen vor einer Kollision.
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In 5 erkennt man, dass dann, wenn kein Verfahren zum präventiven Schutz der Insassen wirkt, der Kopf schlagartig die Kopfstütze berührt, so dass ein schlagartiger Kraftanstieg zu beobachten ist, die gesamte vom Kopf eines Insassen aufgenommene Energie ist vergleichsweise hoch. Im Gegensatz dazu erkennt man, dass dann, wenn das beschriebene Verfahren zum präventiven Schutz durchgeführt wird, ein flacher Kraftanstieg zu beobachten ist, durch die Nickbewegung berührt der Kopf vergleichsweise frühzeitig die Kopfstütze, der Kraftanstieg ist wesentlich flacher, die maximale, auf den Kopf einwirkende Kraft ist wesentlich geringer, insgesamt wird der Kopf eines Fahrzeuginsassen bei dem beschriebenen Verfahren wesentlich geringer beansprucht, so dass Verletzungen vermieden oder zumindest beträchtlich verringert werden können.
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Aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele ergibt sich, dass das Verfahren zum präventiven Schutz von Insassen eines Fahrzeugs vor einer Kollision als geschlossener Regelkreis abläuft, bei dem die Ansteuerung eines oder mehrerer Aktoren und die Situationsanalyse des Fahrzeugumfelds (Umfeldbetrachtung) verknüpft sind. Aktuelle Aktionen werden permanent überwacht und bei Bedarf, sofern eine Änderung eingetreten ist, angepasst, wobei beliebige Kombinationen der möglichen Aktionen ausgelöst werden können.