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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von Sensorinformationen in einem Fahrzeug sowie ein entsprechendes Steuerungsverfahren, bei dem Sensordaten transformiert und in ein gekrümmtes Koordinatensystem übertragen werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Zentralsteuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zur automatischen Steuerung bzw. Fahrerassistenz durch automatisierte Fahrzeugsteuerungssysteme werden Informationen über eine aktuelle Umgebung eines jeweiligen Fahrzeugs benötigt. Um jeweilige Komponenten des Fahrzeugs, wie bspw. Fahrwerk, Bremsen oder Lenkung an die aktuelle Umgebung des Fahrzeugs anzupassen und Fehlsteuerungen, bspw. bedingt durch Umwelteinflüsse, zu vermeiden, müssen Berechnungen zur Steuerung von Fahrzeugsystemen stetig an eine aktuelle Situation bzw. Umgebung des jeweiligen Fahrzeugs angepasst werden.
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Um jeweilige Sensordaten, bspw. bereitgestellt durch einen Laser-, Radar-, Kamera-, Time of Flight-Sensor oder jedem weiteren technisch geeigneten Sensor zur Erfassung einer aktuellen Umgebung eines Fahrzeugs, zu interpretieren und zur Steuerung von Fahrzeugkomponenten zu verwenden, müssen die Sensordaten transformiert und mit der aktuellen Umgebung des Fahrzeugs in Verbindung gebracht werden.
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Im Stand der Technik sind Verfahren zur Umfeldpräsentation durch Sensordaten beschrieben.
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Die deutsche Patentschrift
DE 10 2004 032 118 B4 offenbart ein Objekterkennungsverfahren für Fahrzeuge mit wenigstens einem Sensor zum zyklischen Erfassen einer Fahrzeugumgebung, bei dem Messwerte in ein frei vorgebbares Grid projiziert werden und derart projizierte Messwerte zu Grid-basierten Segmenten zusammenfassbar sind, die erkannten Objekten zugeordnet werden können, und bei dem Tracks für diese Objekte ermittelt werden, die zum Steuern von Fahrzeugfunktionen heranziehbar sind. Das in der deutschen Patentschrift offenbarte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Schrittweiten von Zellen des Grid in radial und/oder Umfangsrichtung derart unterschiedlich gewählt sind, dass eine funktionsbezogen optimierte Objektauflösung erzielt wird.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2006 056 835 A1 offenbart ein Verfahren zum gitterbasierten Verarbeiten von Sensorsignalen, bei dem einem Feld einer Basis, die über mindestens eine erste kinematische Größe definiert wird, mindestens eine Zelle eines Gitters zugeordnet wird, und bei dem der Zelle mindestens ein Wert für mindestens eine zweite kinematische Größe, die aus mindestens einem Sensorsignal abgeleitet wird, angehängt wird.
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Die deutsche Druckschrift
DE 10 2013 210 263 A1 offenbart eine Belegungskarte für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Belegungskarte für ein Fahrzeug.
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Im Stand der Technik werden demnach Ansätze verfolgt, die eine feste kartesische Ausrichtung eines jeweiligen Koordinatensystems voraussetzen, so dass eine Diskreditierung stets entlang zweier orthogonaler linearer Achsen erfolgt. Fahrwerksysteme benötigen jedoch in der Regel Straßenhöheninformationen entlang eines zukünftigen Fahrwegs. Ein solcher Fahrweg ist in der Regel gekrümmt und somit nicht immer linear. Um einen gekrümmten Straßenverlauf dennoch zu berücksichtigen, wird im Stand der Technik versucht, aus jeweiligen Daten eines Koordinatensystems entlang eines jeweiligen gekrümmten Wegverlaufs relevante Informationen für jeweilige Fahrwerkfunktionen oder für Assistenzsysteme zu extrahieren. Derartige Ansätze bedingen jedoch eine zunehmend steigende Rechenkomplexität und damit verbundene Genauigkeitsfehler bei einer Überführung eines quantisierten linearen Gitters in eine gekrümmte Repräsentation, bspw. während eines Extraktionsschritts.
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Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zum Verarbeiten von Sensorinformationen in einem Fahrzeug vorgestellt, bei dem mittels mindestens eines von dem Fahrzeug umfassten Sensors ermittelte Sensordaten von einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs transformiert und in ein gekrümmtes Koordinatensystem eingetragen werden, wobei während einer Fahrt des Fahrzeugs die Sensordaten kontinuierlich aktualisiert und das gekrümmte Koordinatensystem dynamisch an eine aktuelle Situation des Fahrzeugs angepasst wird, und wobei das gekrümmte Koordinatensystem mehrere Gitter umfasst, die jeweiligen Komponenten des Fahrzeugs zugeordnet sind, und die sich in Abhängigkeit einer Stellung der Komponenten verändern.
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Unter einem gekrümmten Koordinatensystem ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Koordinatensystem zu verstehen, das diffeomorph zu kartesischen Koordinaten ist. Insbesondere kann unter einem gekrümmten Koordinatensystem ein Polar-, Zylinder- oder Kugelkoordinatensystem verstanden werden.
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Um aufwendige Umrechnungsprozeduren zur Anpassung von bspw. kartesischen Koordinaten an einen aktuellen gekrümmten Streckenverlauf zu reduzieren bzw. um komplett auf derartige Umrechnungsprozeduren zu verzichten, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass jeweilige Sensordaten eines Sensors, wie bspw. eines Lasersensors, eines Radarsensors, einer Kamera oder eines Time of Flight Sensors, direkt nach Erfassung durch den jeweiligen Sensor transformiert und in ein gekrümmtes Koordinatensystem eingetragen werden, wobei das gekrümmte Koordinatensystem in Abhängigkeit einer Situation des jeweiligen Fahrzeugs dynamisch, d. h. einer Bewegung des Fahrzeugs folgend, angepasst, d. h. parametrisiert wird.
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Dies bedeutet, dass die Sensordaten direkt durch Transformation in das gekrümmte Koordinatensystem an eine aktuelle Situation des jeweiligen Fahrzeugs angepasst werden, da das gekrümmte Koordinatensystem die aktuelle Situation des jeweiligen Fahrzeugs umfasst, weil es in Abhängigkeit der aktuellen Situation des jeweiligen Fahrzeugs parametrisiert wird und die aktuelle Situation des jeweiligen Fahrzeugs dadurch wiederspiegelt.
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Da eine Umgebung des jeweiligen Fahrzeugs in der Regel nicht geradlinig ist, kann die Umgebung durch ein kartesisches Koordinatensystem nur unzureichend wiedergegeben werden. Dies bedeutet, dass Sensordaten der Umgebung, die bspw. einem gekrümmten Streckenverlauf entsprechen, ebenfalls gekrümmt in einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt werden, wohingegen derartige Sensordaten in einem gekrümmten Koordinatensystem bspw. linear oder auf eine andere Weise optimiert dargestellt werden. Entsprechend ist durch die Form eines gekrümmten Koordinatensystem selbst bereits eine Information zu einer jeweiligen Umgebung bereitgestellt. Durch eine Kombination der durch die Form des gekrümmten Koordinatensystems bereitgestellten Information und jeweiligen Sensordaten entsteht demnach ein Synergieeffekt, da die Sensordaten, die bspw. eine Höhe angeben durch Eintragen in ein gekrümmtes Koordinatensystem sofort in Bezug zu jeweiligen Umgebungseigenschaften interpretiert werden können.
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Es ist denkbar, dass das gekrümmte Koordinatensystem mehrere Gitter umfasst, die jeweiligen Komponenten des Fahrzeugs, wie bspw. Rädern, zugeordnet sind und die sich in Abhängigkeit einer Stellung der Komponenten verändern, so dass jeweilige Sensordaten nur dann in ein jeweiliges Gitter eingetragen werden, wenn die Sensordaten von Relevanz für die jeweilige Komponente sind. Entsprechende Daten der jeweiligen Gitter können somit aufgrund Ihrer Kompaktheit als Schnittstellen zwischen jeweiligen Steuergeräten, d. h. zwischen einem die Sensordaten transformierenden Zentralsteuergerät und bspw. einem Steuergerät einer jeweiligen Fahrzeugkomponente, genutzt werden, in dem die in das jeweilige Gitter eingetragenen Daten über bspw. ein Bussystem des Fahrzeugs übertragen werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens eine Komponente mindestens eines automatischen Fahrzeugsteuerungssystems des Fahrzeugs in Abhängigkeit von in dem gekrümmten Koordinatensystem aktuell eingetragenen Daten an die aktuelle Umgebung des Fahrzeugs angepasst wird.
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Um die transformierten und in das gekrümmte Koordinatensystem eingetragenen Sensordaten für eine automatische Steuerung bzw. Regelung des Fahrzeugs zu verwenden, ist vorgesehen, dass die in dem gekrümmten Koordinatensystem eingetragenen Sensordaten entweder direkt an ein Steuergerät eines jeweiligen Fahrerassistenzsystems, wie bspw. ein elektrisches Stabilitätsprogramm ESP, ein Antiblockiersystem ABS oder jedes weitere technisch geeignete System zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrzeugs übertragen werden. Ferner ist vorgesehen, dass das jeweilige Steuergerät des Fahrerassistenzsystems die übertragenen Daten für weitere Berechnungen verwendet oder das jeweilige Steuergerät des Fahrerassistenzsystems immer dann, wenn Daten einer aktuellen Umgebung benötigt werden, entsprechende Sensordaten bei einem Zentralsteuergerät des Fahrzeugs anfragt und diese aktiv unter Verwendung des Zentralsteuergeräts durch jeweilige Sensoren ermittelt.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als gekrümmtes Koordinatensystem ein polares Gitter gewählt ist. Bei einem polaren Gitter wird eine Diskreditierung eines Radius und einer Lauflänge eingeführt, solange ein jeweiliges Fahrzeug sich annähernd auf einer Kreisbahn bewegt. Durch Transformation jeweiliger Sensordaten können jeweiligen Gitterzellen eines derartigen polaren Gitters bspw. Höhenwerte zugeordnet werden, so dass eine leicht interpretierbare dreidimensionale Karte einer aktuellen Umgebung entsteht.
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Unter einer aktuellen Situation eines Fahrzeugs ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Fahrzeugdynamik, d. h. eine Längsgeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Lenkwinkel sowie eine aktuelle Fahrzeugumgebung, d. h. ein Fahrbahnverlauf, und/oder Trajektorie fremder Fahrzeuge zu verstehen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das gekrümmte Koordinatensystem an eine zu befahrende Strecke angepasst wird.
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Da sich für eine automatische Steuerung bzw. Regelung eines jeweiligen Fahrzeugs in der Regel lediglich Informationen über eine zu befahrende Strecke eignen, ist vorgesehen, dass das gekrümmte Koordinatensystem insbesondere unter Berücksichtigung der jeweiligen zu befahrenden Strecke angepasst, d. h. parametrisiert, wird und entsprechend transformierte und in das gekrümmte Koordinatensystem eingetragene Sensordaten die jeweilige aktuell zu befahrende Strecke repräsentieren, so dass das Fahrzeug automatisch auf die jeweilige zu befahrende Strecke eingestellt werden kann.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug, bei dem von mindestens einem Sensor des Fahrzeugs ermittelte Sensordaten einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs an ein von dem Fahrzeug umfasstes Zentralsteuergerät übertragen werden, wobei das Zentralsteuergerät die übertragenen Sensordaten transformiert und in ein dynamisch an eine aktuelle Situation des Fahrzeugs angepasstes gekrümmtes Koordinatensystem einträgt und wobei die in das gekrümmte Koordinatensystem eingetragenen und transformierten Sensordaten zur Steuerung mehrerer Komponenten des Fahrzeugs verwendet werden und wobei das gekrümmte Koordinatensystem mehrere Gitter umfasst, die den Komponenten des Fahrzeugs zugeordnet sind, und die sich in Abhängigkeit einer Stellung einer jeweiligen Komponente des Fahrzeugs verändern.
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Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren dient insbesondere zur Steuerung bzw. Regelung eines Fahrzeugs oder Komponenten eines Fahrzeugs unter Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Fahrzeug durch Verwendung eines Zentralsteuergeräts.
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Bei dem vorgestellten Steuerungsverfahren ist vorgesehen, dass ein Zentralsteuergerät eines jeweiligen Fahrzeugs von einer jeweiligen Sensorik des Fahrzeugs erfasste Daten transformiert und in das gekrümmte Koordinatensystem einträgt und die derart verwalteten Sensordaten weiteren Komponenten des Fahrzeugs, wie bspw. einem aktiven Fahrwerk, einer Bremse, einem Motor, einer Lenkung oder einem Fahrerinformationssystem zur Verfügung stellt.
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Es ist ferner denkbar, dass jeweilige Komponenten des Fahrzeugs direkt auf das Zentralsteuergerät zugreifen und in dem Zentralsteuergerät hinterlegte, transformierte und in das gekrümmte Koordinatensystem eingetragene Sensordaten abfragen bzw. von dem Zentralsteuergerät ermitteln lassen.
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Die jeweiligen Komponenten des Fahrzeugs können das Fahrzeug in seiner Situation, d. h. in seiner Fahrdynamik, an die durch das Zentralsteuergerät bereitgestellten transformierten und in das gekrümmte Koordinatensystem eingetragenen Sensordaten anpassen und/oder einen Fahrer über bspw. ein Fahrerinformationssystem über auffällige Sensordaten informieren bzw. warnen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens ist vorgesehen, dass die in das gekrümmte Koordinatensystem übertragenen und transformierten Sensordaten an ein jeweiliges Steuergerät der mindestens einen Komponente des Fahrzeugs übermittelt und von dem jeweiligen Steuergerät verarbeitet werden.
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Durch eine eigenständige Verarbeitung durch ein Steuergerät einer jeweiligen Komponente des Fahrzeugs können jeweilige Komponenten des Fahrzeugs unabhängig voneinander anhand einer zentral bereitgestellten Umgebungsinformation aktualisiert werden, so dass ggf. auftretende Anfragekollisionen verschiedener Steuergeräte von verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs vermieden werden können.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bereits erfasste und transformierte Sensordaten bei Berechnungen zur Steuerung jeweiliger Komponenten des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
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Zur Aggregation und Akkumulation von Umwelt- bzw. Umfeldmerkmalen ist vorgesehen, dass bereits durch jeweilige Sensoren erfasste Sensordaten zwischengespeichert und bei der Berechnung eines jeweiligen aktuellen Koordinatensystems berücksichtigt werden, so dass eine Karte einer durch ein jeweiliges Fahrzeug befahrenen Umgebung erzeugt wird.
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Es ist denkbar, dass anhand von bereits erfassten und transformierten Sensordaten bspw. statistische Auswertungen berechnet werden können, die eine Sicherheit der Sensordaten angeben und zur Vorhersage von zukünftigen Ereignissen verwendet werden können.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine rotatorische und/oder translatorische Bewegung des Fahrzeugs in einem definierten Zeitabschnitt berücksichtigt wird.
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Um eine Eigenbewegung eines jeweiligen Fahrzeugs bei einer jeweiligen Transformation von Sensordaten in ein aktuelles Koordinatensystem zu berücksichtigen, ist vorgesehen, dass altes Wissen von einem alten bzw. hinfälligen Koordinatensystem in ein aktuelles Koordinatensystem überführt wird, wobei die rotatorische und/oder translatorische Eigenbewegung des jeweiligen Fahrzeugs in räumlichen Dimensionen, d. h. in Höhe, Breite und Tiefe durch mathematische Verfahren, wie bspw. Vektoraddition, kompensiert wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit mindestens einem Sensor zur Erfassung einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs und einem Zentralsteuergerät, wobei das Zentralsteuergerät dazu konfiguriert ist, von dem mindestens einen Sensor ermittelte Sensordaten zu transformieren und in ein gekrümmtes Koordinatensystem zu übertragen, wobei das gekrümmte Koordinatensystem mehrere Gitter umfasst, die jeweiligen Komponenten des Fahrzeugs zugeordnet sind und die sich in Abhängigkeit einer Stellung der Komponenten verändern, und wobei das Zentralsteuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, das gekrümmte Koordinatensystem in Abhängigkeit einer aktuellen Situation des Fahrzeugs dynamisch zu parametrisieren.
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Um ein gekrümmtes Koordinatensystem an eine aktuelle Situation eines jeweiligen Fahrzeugs anzupassen, d. h. bspw. eine Schrittweite des gekrümmten Koordinatensystems an eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzupassen, ist es möglich, dass das Zentralsteuergerät des Fahrzeugs die aktuelle Situation des Fahrzeugs mittels Sensoren, wie bspw. einem Beschleunigungssensor und/oder einem Geschwindigkeitssensor bestimmt und die Schrittweite des gekrümmten Koordinatensystems so wählt, dass eine jeweilige Umgebung des Fahrzeugs in einem für eine Berechnung von Fahrerassistenzfunktionen sinnvollen Raum, der sich bspw. über Winkel-Radiuskoordinaten aufspannt, dargestellt wird.
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Es ist weiterhin denkbar, dass die Parametrierung des gekrümmten Koordinatensystems während einer Fahrt laufend aktualisiert, d. h. angepasst wird, so dass sich das gekrümmte Koordinatensystem ebenfalls an die sich ändernde Umgebung und die sich ändernde Situation des Fahrzeugs anpasst.
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Beim Eintragen jeweiliger transformierter Sensordaten in das gekrümmte Koordinatensystem können die Sensordaten mit einem Unsicherheitsfaktor belegt werden, so dass ein Fahrerassistenzsystem eine Notwendigkeit für einen ggf. vorzunehmenden Regelungseingriff anhand von Wahrscheinlichkeiten abschätzen kann.
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Das vorgestellte Fahrzeug dient insbesondere zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgesehenen gekrümmten Koordinatensystems.
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2 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgesehenen gekrümmten Koordinatensystems.
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In 1 ist ein gekrümmtes Koordinatensystem als polares Koordinatensystem 1 ausgestaltet. Das polare Koordinatensystem 1 spannt sich über Radial- und Winkelkoordinaten, ausgehend von einem Pol 3 auf.
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Um Sensordaten eines Sensors, wie bspw. eines Laserscanners eines Fahrzeugs in das polare Koordinatensystem 1 einzutragen, müssen die Sensordaten, die in der Regel in kartesischen Koordinaten von dem Sensor bereitgestellt werden, zunächst transformiert werden. Dies bedeutet, dass die kartesischen Sensordaten in Radial- und Winkelkoordinaten umgerechnet, ggf. mit einem Unsicherheitsfaktor versehen und anschließend in das polare Koordinatensystem 1 eingetragen werden. Transformierte Sensordaten 5 bilden entsprechend Sensorwerte, wie bspw. Höhenwerte an einem diskreten Punkt im Raum des polaren Koordinatensystems 1 ab. Dies bedeutet, dass das polare Koordinatensystem 1 jeweilige Eigenschaften einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs, bspw. durch Entfernung und Winkelangaben beschreibt und jeweilige Sensordaten innerhalb dieser Eigenschaften angegeben werden. Durch Wahl eines gekrümmten Koordinatensystems können gekrümmte Merkmale, wie bspw. ein Streckenverlauf, in der aktuellen Umgebung direkt, d. h. ohne zusätzliche Transformationen und entsprechende Berechnungen, wiedergegeben werden.
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Bei einer Fahrt des Fahrzeugs kann das polare Koordinatensystem 1 in Abhängigkeit von bspw. einer Fahrzeuggeschwindigkeit durch eine Eigenbewegungskompensation neu parametrisiert werden, so dass sich eine Schrittweite der Radialkoordinaten ändert und bspw. bei einer höheren Geschwindigkeit eine größere Schrittweite gewählt wird. Durch eine große Schrittweite von Radialkoordinaten kann ein großes Gebiet einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs dargestellt werden, so dass das polare Koordinatensystem 1 die aktuelle Umgebung des Fahrzeugs auch bei großen überwundenen Distanzen abzubilden vermag. Mittels zu einer aktuellen Umgebung passenden Sensordaten 5 in dem polaren Koordinatensystem 1 kann bspw. ein aktives Fahrwerk auf kommende Höhenunterschiede einer zu befahrenden Fahrbahn eingestellt werden, so dass Unebenheiten auf der Fahrbahn automatisch zu kompensieren sind.
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Eine weitere Möglichkeit einer sich ändernden Parametrisierung eines Koordinatensystems 21 ist in 2 dargestellt. Das Koordinatensystem 21 krümmt sich in Abhängigkeit einer Stellung von Rädern einer Vorderachse eines Fahrzeugs 23. In dem in 2 dargestellten Fall wird jedem Vorderrad des Fahrzeugs 23 ein eigenes Koordinatensystem 21 zugeordnet, in das jeweilige Sensordaten 5 eingetragen werden. Dies bedeutet, dass in das Koordinatensystem 21 eingetragene Sensordaten 5 bei einer Änderung des Koordinatensystems 21 in Abhängigkeit einer Änderung einer jeweiligen Radstellung der Vorderräder des Fahrzeugs 23 zusammen mit dem Koordinatensystem 21 verschoben werden, so dass die Sensordaten 5 stets einen selben Ort in der Umgebung des Fahrzeugs repräsentieren. Die Sensordaten 5 bleiben demnach auch bei Änderung einer Fahrbahn des Fahrzeugs 23 fest in dem Koordinatensystem 21 eingetragen und ändern ihre Position nicht. Vielmehr ändert sich ggf. das Koordinatensystem 21, falls dieses nicht mehr für eine Darstellung der aktuellen Umgebung bzw. der Fahrbahn des Fahrzeugs 23 geeignet ist.
