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Die
Erfindung betrifft einen Spurwechselassistenten für Kraftfahrzeuge,
mit einer Einrichtung zur Bestimmung eines Gefahrenwertes anhand
von Ortungsdaten der von dem Spurwechsel betroffenen Fahrzeuge.
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Spurwechselvorgänge auf
Autobahnen und mehrspurigen Schnellstraßen bergen ein hohes Unfallrisiko.
Die Ursache liegt zumeist darin, daß der Fahrer eines Fahrzeugs
bei einem Spurwechsel andere Verkehrsteilnehmer, die sich auf der
Nachbarspur von hinten annähern
oder sich im toten Winkel befinden, übersieht oder deren Abstand
und/oder Geschwindigkeit falsch einschätzt.
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Ein
Spurwechselassistent unterstützt
den Fahrer beim Wechsel der Fahrspur, z.B. bei Überhol- und Einschermanövern. Eine
wesentlichen Funktion des Spurwechselassistenten besteht darin,
den Fahrer über
Fahrzeuge zu informieren bzw. ihn vor Fahrzeugen zu warnen, die
sich schnell von hinten annähern
oder sich im toten Winkel befinden. Dies trägt wesentlich zur Vermeidung
von Kollisionsunfällen bei.
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Zu
dem Spurwechselassistenten gehört
mindesten ein Ortungsgerät,
z.B. ein Radar-, Lidar- oder Ultraschallsensor, der den rückwärtigen Bereich
neben und hinter dem eigenen Fahrzeug überwacht und Informationen über die
vom Spurwechsel betroffenen Fahrzeuge liefert. Die betroffenen Fahrzeuge sind
insbesondere Fahrzeuge im toten Winkel sowie nachfolgende Fahrzeuge
auf der Nebenspur, zumindest das unmittelbar nachfolgende Fahrzeug.
Vorzugsweise werden auch Fahrzeuge berücksichtigt, die sich auf annähernd gleicher
Höhe mit
dem eigenen Fahrzeug befinden und somit zwar nicht im toten Winkel
liegen aber dennoch vom Fahrer leicht übersehen werden könnten. Die
relevanten Ortungsdaten sind, jedenfalls für nachfolgende Fahrzeuge, die
Abstände
dieser Fahrzeuge und deren zeitliche Ableitungen. Besonders relevant
sind naturgemäß der Abstand
und die Relativgeschwindigkeit des unmittelbar nachfolgenden Fahrzeugs.
Wenn das Ortsgerät
ein Radarsensor ist, können
die Relativgeschwindigkeiten direkt gemessen werden. Für Fahrzeuge
auf gleicher Höhe
oder im toten Winkel ist die Kenntnis der Relativgeschwindigkeit
im Allgmeinen entbehrlich.
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Anhand
der Ortungsdaten wird ein Gefahrenwert bestimmt, der das Risikopotential
einer Kollision angibt. Dabei ist generell auch die Absolutgeschwindigkeit
des eigenen Fahrzeugs zu berücksichtigen,
da bei höheren
Geschwindigkeiten größere Sicherheitsabstände einzuhalten
sind. Der Gefahrenwert kann eine kontinuierliche Variable sein,
beispielsweise mit einem Wertebereich zwischen 0 und 1, kann jedoch
im einfachsten Fall auch eine Ja/Nein-Aussage sein, die angibt,
ob ein gefahrloser Spurwechsel möglich
ist oder nicht. Wenn der Fahrer etwa durch Setzen des Blinkers oder
durch ein Lenkmanöver
die Absicht zu einem Spurwechsel zu erkennen gibt, erzeugt der Spurwechselassistent
in Abhängigkeit
von dem ermittelten Gefahrenwert ein Warnsignal, beispielsweise
in Form eines akustischen Signals oder in der Form einer optischen
Anzeige auf dem Armaturenbrett oder im linken Außenspiegel (in Ländern mit
Rechtsverkehr). Im Fall eines mehrwertigen Gefahrenwertes wird das
Warnsignal beispielsweise dann ausgegeben, wenn der Gefahrenwert
einen bestimmten Schwellenwert überschreitet,
oder das Warnsignal gibt unmittelbar den Gefahrenwert an, etwa durch
variable Lautstärke
des akustischen Signals oder in der Form einer Balkenanzeige. Wahlweise
kann der Gefahrenwert auch dazu benutzt werden, daß der Spurwechselassistenz
aktiv einen Spurwechsel vorschlägt,
etwa durch Ausgabe eines Aufforderungssignals oder implizit durch
Einleitung eines Beschleunigungsvorgangs, mit dem das Einfädeln in
den Verkehr auf der Nebenspur vorbereitet wird. Die Spurwechselaufforderung
kann dann außer
von dem Gefahrenwert auch noch von anderen Kriterien abhängig sein.
Wenn das Fahrzeug z.B. ein radargestütztes Abstandsregelsystem (ACC
= Adaptive Cruise Control) aufweist, wäre ein geeignetes Kriterium
etwa die Diskrepanz zwischen der vom Fahrer gewählten Wunschgeschwindigkeit
und der durch die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs
bestimmten Istgeschwindigkeit.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bietet den
Vorteil, daß bei
der Bestimmung des Gefahrenwertes auch Umwelteinflüsse berücksichtigt
werden, die sich günstig
oder ungünstig
auf die Möglichkeiten
und Fähigkeiten
anderer Verkehrsteilnehmer auswirken können, angemessen auf den Spurwechsel
zu reagieren. Auf diese Weise wird die Verkehrssicherheit gesteigert
und das Systemverhalten besser an das intuitive Fahrverhalten eines
menschlichen Fahrers angepaßt.
Dadurch reduziert sich auch die Wahrscheinlichkeit, daß sich andere
Verkehrsteilnehmer durch den Spurwechsel behindert fühlen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Relevante
Umwelteinflüsse
sind insbesondere solche, die sich auf die Sichtverhältnisse
und den Straßenzustand
beziehen. Beispielsweise ist es bei schlechten Sichtverhältnissen,
etwa bei Dunkelheit, bei Nebel, bei Dämmerung oder bei trüber Witterung
für einen
menschlichen Fahrer schwieriger als bei hellem Tageslicht und klarer
Sicht, Abstände
und Geschwindigkeiten richtig einzuschätzen. Ebenso ist es unter diesen
Bedingungen schwieriger, vorausschauend das Geschehen vor dem unmittelbar
vorausfahrenden Fahrzeug im Auge zu behalten. Ein erfahrener menschlicher
Fahrer reagiert deshalb auf diese Bedingungen mit einer Vergrößerung des
Sicherheitsabstands. Der erfindungsgemäße Spurwechselassistent ermöglicht es
ins besondere, dem Umstand Rechnung zu tragen, daß unter solchen Bedingungen
der Fahrer des nachfolgenden Fahrzeugs einen größeren Sicherheitsabstand benötigt oder
für wünschenswert
hält, zumal
nicht davon ausgegangen werden kann, daß auch der Fahrer des nachfolgenden
Fahrzeugs ein radargestütztes
Fahrerassistenzsystem zur Verfügung
hat.
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Ebenso
ermöglicht
es die Erfindung, bei ungünstigem
Straßenzustand,
etwa bei regennasser Fahrbahn oder Glatteis einen größeren Sicherheitsabstand
zum Folgefahrzeug einzuhalten. Bei Regen kann durch Vergrößerung des
Sicherheitsabstands auch dem Umstand Rechnung getragen werden, daß, je nach
Fahrgeschwindigkeit, durch den von der Fahrbahn aufgewirbelten Wassernebel
die Sicht für den
Nachfolgeverkehr beeinträchtigt
wird.
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Zur
Erfassung der Umweltbedingungen ist eine Erfassungseinrichtung mit
einem oder mehreren Sensoren vorgesehen, beispielsweise einem Umgebungslichtsensor,
einem Regenmelder, wie er z.B. bereits zur Steuerung des Scheibenwichers
bekannt ist, und dergleichen. Ebenso sind spezielle Sensoren oder
Erfassungssysteme für
Glatteis und/oder für Nebel
denkbar. Falls zur Ortung von nachfolgenden Fahrzeugen ein Lidar-Sensor
eingesetzt wird, kann auch die durchschnittliche Dämpfung der
empfangenen Reflexionssignale im Verhältnis zum gemessenen Abstand
als Hinweis auf Nebel oder sonstige Sichtbeeintächtigungen ausgewertet werden.
In Ermangelung spezieller Sensoren für die Licht- und Sichtverhältnisse
ist es auch möglich,
den Zustand der Beleuchtungsanlage des Fahrzeugs auszuwerten, etwa
den Einschaltzustand des Fahrlichts, der Nebelscheinwerfer oder
einer Nebelschlußleuchte.
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Obgleich
der Begriff "Umweltbedingungen" in dieser Anmeldung
im Plural verwendet wird, schließt die Erfindung auch den Fall
ein, daß nur
eine einzige Bedingung erfaßt
und ausgewertet wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Spurwechselassistenten
in einem schematisch dargestellten Fahrzeug; und
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2 und 3 Kennfeld-Diagramme
zur Erläuterung
der Funktionsweise des Spurwechselassistenten.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
schematisch einen Grundriß eines
Kraftfahrzeugs 10, das mit einem Spurwechselassistenten
ausgerüstet
ist. Kernstück
des Spurwechselassistenten ist eine elektronische Datenverarbeitungseinheit 12,
die über
einen Fahrzeug-CAN-Bus 14 mit anderen, nicht näher gezeigten
elektronischen Steuerungskomponenten des Fahrzeugs kommuniziert
und die weiterhin mit einem Ortungsgerät 16, mehreren Sensoren
einer Erfassungseinrichtung für
Umweltbedingungen sowie mit einer in den linken Außenspie gel
integrierten optischen Anzeigeeinheit 18 in Verbindung
steht.
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Bei
dem Ortungsgerät 16 handelt
es sich um einen Radarsensor, der so am Fahrzeug angebracht ist,
daß er
den Raum hinter und links neben dem Fahrzeug überwacht, um sich von hinten
auf der linken Spur annähernde
Fahrzeuge sowie Fahrzeuge im toten Winkel zu orten. Zumindest für die sich
annähernden
Fahrzeuge werden die Abstände
und Relativgeschwindigkeiten gemessen. In Abhängigkeit von den Ortungsdaten
des Ortungsgerätes 16 und
in Abhängigkeit
von der Absolutgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10, die über den
Fahrzeug-CAN-Bus 14 gemeldet wird, berechnet die Datenverarbeitungseinheit 12 einen
Gefahrenwert, der das Gefahrenpotential für eine Kollision angibt, wenn
der Fahrer des Fahrzeugs 10 auf die linke Nebenspur wechselt.
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Wenn
der Fahrer etwa durch Setzen des linken Fahrtrichtungsanzeigers
zu erkennen gibt, daß er
einen Spurwechsel beabsichtigt, und wenn in diesem Augenblick der
Gefahrenwert oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt, wird über die
Anzeigeeinheit 18 ein Warnsignal ausgegeben. Wahlweise
kann auch unmittelbar der Gefahrenwert ausgegeben werden, etwa in
der Form eines Balkendiagramms, so daß der Fahrer die Höhe des Gefahrenpotentials
selbst einschätzen
kann. Ein sehr hohes und auf jeden Fall zu vermeidendes Gefahrenpotential
kann dabei z.B. durch einen Farbumschlag des Balkens nach rot kenntlich
gemacht werden. In einer modifizierten Ausführungsform kann die Anzeige auch
ständig,
unabhängig
von einem erkennbaren Spurwechselwunsch, aktiv sein.
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Die
Erfassungseinrichtung für
Umweltbedingungen umfaßt
im gezeigten Beispiel einen Umgebungslichtsensor 20 und
einen Regenmelder 22, der, wie an sich bekannt ist, die
auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs auftreffende Niederschlagsmenge quantitativ
erfaßt
und der zugleich auch zur Steuerung des Scheibenwischers dienen
kann. Die Datenverarbeitungseinheit 12 ist so programmiert,
daß sie den
Gefahrenwert in Abhängigkeit
von den vom Umgebungslichtsensor 20 und vom Regenmelder 22 erfaßten Daten
nach einem vorgegebenen Algorithmus erhöht oder verringert. Allgemein
ist somit der Gefahrenwert g eine Funktion der Ortungsdaten xi, der Absolutgeschwindigkeit V des Fahrzeugs 10 und
der Umgebungsbedingungen uj: g
= f(xi, V, uj).
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Dabei
umfassen die Ortungsdaten xi zumindest den
Abstand d und die Relativgeschwindigkeit vr des auf der Nebenspur
unmittelbar nachfolgenden Fahrzeugs, und die Umweltbedingungen uj (j = 1,2) sind im gezeigten Beispiel die
erfaßte
Umgebungshelligkeit und die Regenmenge. In einer modifizierten Ausführungsform
können
die Ortungsdaten xi auch die Abstände und
Relativgeschwindigkeiten weiterer nachfolgender Fahrzeuge umfassen,
die ebenfalls für
die Beurteilung des Gefahrenpotentials relevant sein können. Auch
eine Berücksichtgung
von Relativbeschleunigungen ist möglich.
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Im
gezeigten Beispiel hat das Ortungsgerät 16 eine schräg nach hinten
gerichtete Hauptkeule 24 zur Messung der Abstände und
Relativgeschwindigkeiten der sich annähernden Fahrzeuge und eine
Nebenkeule 26 zur Ortung von Fahrzeugen im toten Winkel.
Wenn ein Fahrzeug im toten Winkel geortet wird, so wird der Gefahrenwert
auf den maximal möglichen
Wert gesetzt, ohne daß es
noch auf die Relativgeschwindigkeit des georteten Fahrzeugs oder
auf die Umweltbedingungen ankommt. Zur Erläuterung der Erfindung sind
deshalb nur die Daten aus der Hauptkeule 24 von Interesse.
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Bei
dem vom Umgebungslichtsensor 20 gelieferten Signal handelt
es sich vorzugsweise um ein mehrwertiges Signal, das die Umgebungslichtmenge quantitativ
angibt, so daß zwischen
Sonnenschein, trüber
Witterung, Dämmerung
und Dunkelheit unterschieden werden kann. Der Gefahrenwert g wird
bei Sonnenschein nicht und bei trüber Witterung nur leicht erhöht, während er
bei Dämmerung
und Dunkelheit deutlich erhöht
wird.
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Auch
der Regenmelder 22 liefert ein mehrwertiges Signal. Je
größer die
Regenmenge ist, desto mehr wird der Gefahrenwert erhöht.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform
ist die Funktion, die den Gefahrenwert g bestimmt, eine Verkettung
mehrerer Teilfunktionen, von denen die zuerst auszuführende Teilfunktion
nur von den Ortungsdaten und den fahrdynamischen Daten des Fahrzeugs 10 abhängig ist,
beispielsweise eine Kettenfunktion der Form: g
= f1(uj, f0(xi,V))oder g = f2(u2,
f1(u1, f0(xi, V)))
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Die
Funktion f0 gibt dann den Gefahrenwert ohne
Berücksichtigung
der Umweltbedingungen an, wie er beispielsweise auch in einem herkömmlichen Spurwechselassistenten
berechnet wird. Anhand der Umweltbedingungen wird das Ergebnis der
Funktion f0 dann in einem oder mehreren
Schritten modifiziert. Insbesondere die Modifikation in mehreren
Schritten erlaubt eine einfache Erweiterung zur Erfassung zusätzlicher
Umweltbedingungen, beispielsweise anhand der Signale eines Sichtweitensensors,
eine Glatteismelders und dergleichen, wobei die Reihenfolge, in
der die einzelnen Umweltbedingungen berücksichtigt werden, nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten
gewählt
werden kann.
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In
einer vereinfachten Ausführungsform, wenn
kein Umgebungslichtsensor 20 und kein Regenmelder 22 vorhanden
ist, kann die Erfassungseinrichtung für die Umweltbedingungen einfach
in einer Schaltung bestehen, die den Einschaltzustand des Fahrlichts 20' des Fahrzeugs 10 angibt.
Unter der Annahme, daß das
Fahrlicht nur bei Dunkelheit eingeschaltet wird, erhält man so
indirekt eine Angabe über
die Umgebungshelligkeit in der Form einer Ja/Nein-Aussage. Für die Bestimmung
des Gefahrenwertes g können
dann je nach Einschaltzustand des Fahrlichts zwei unterschiedliche
Funktionen gewählt
werden: g = g1(xi, V) bei ausgeschaltetem Licht g = g2(xi,
V) bei eingeschaltem Licht
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Die
Funktion g2 sieht dann generell größere Sicherheitsabstände vor,
entsprechend den schlechteren Sichtverhältnissen bei Dunkelheit.
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Auf
analoge Weise können
auch andere zweiwertige Signale berücksichtigt werden, etwa der Einschaltzustand
eines Nebelscheinwerfers 22' und/oder
einer Nebelschlußleuchte 22'' oder das Signal eines Glatteismelders 22'''.
Auch eine Kombination mit den oben beschriebenen Funktionen zur
Auswertung der Signale des Umgebungslichtsensors 20 und/oder
des Regenmelders 22 ist möglich.
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2 und 3 zeigen
als einfaches Beispiel zwei Ausschnitte eines dreidimensionalen Kennfelds,
das die Abhängigkeit
des Gefahrenwertes g vom Abstand d des unmittelbar nachfolgenden Fahrzeugs
auf der Nebenspur, der Relativgeschwindigkeit vr dieses Fahrzeugs
und der Absolutgeschwindigkeit V des eigenen Fahrzeugs 10 angibt. 2 und 3 zeigen
zweidimensionale d/vr-Kennfelder für unterschiedliche Absolutgeschwindigkeiten
V des Fahrzeugs 10. weiterhin wird hier der Einfachheit
halber angenommen, daß der Gefahrenwert
g eine binäre
Größe ist,
also nur entweder den Wert "1" (Spurwechsel nicht
möglich)
oder den Wert "0" (Spurwechsel möglich) annimmt.
Das dunkle, schräg
schraffierte Feld 28 in 2 gibt die Kombinationen
von Abstand und Relativgeschwindigkeit an, bei denen der Abstand
d so klein und/oder die Relativgeschwindigkeit v so groß ist, daß ein Spurwechsel
nicht möglich
ist (g = 1), und zwar für den
Fall, daß der
Umgebungslichtsensor 20 optimale Sicht meldet und es nicht
regnet. Der Abstand d, bei dem ein Spurwechsel noch möglich ist,
nimmt von einem bestimmten Mindestabstand bei der Relativgeschwindigkeit
0 mit steigender Relativgeschwindigkeit (Annäherung des nachfolgenden Fahrzeugs) progressiv
zu, damit dem nachfolgenden Fahrzeug ein ausreichender Verzögerungsweg
bleibt. Das weiße
Feld 30 in 2 repräsentiert den Bereich, in dem ein
Spurwechsel auf jeden Fall möglich
ist (g = 0). Bei Dunkelheit, wenn der Umgebungslichtsensor 20 eine kleine
Umgebungslichtmenge feststellt, vergrößert sich das Feld 28 um
die senkrecht schraffierte Fläche 32.
Im gezeigten Beispiel entspricht dies einer Vergrößerung des
Sicherheitsabstands um einen von der Relativgeschwindigkeit vr unabhängigen Wert.
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Wenn
dagegen der Umgebungslichtsensor 20 gute Sichtverhältnisse
meldet, aber der Regenmelder 22 eine hohe Niederschlagsmenge
anzeigt, vergrößert sich
das Feld 28 um die waagerecht schraffierte Fläche 34.
Hier ist nicht nur der Mindestabstand bei der Relativgeschwindigkeit
vr = 0 vergrößert, sondern
der Mindestabstand nimmt auch mit zunehmender Relativgeschwindigkeit
schneller zu, da auf regennasser Fahrbahn ein größerer Verzögerungsweg für das nachfolgende
Fahrzeug einkalkuliert werden muß. Die Grenzlinie zwischen
den Feldern 28 und 30, bei der sich der Gefahrenwert
g von 0 auf 1 ändert,
ist dann durch die Kurve 36 in 2 gegeben.
Unter ungünstigsten
Bedingungen, bei Dunkelheit und Regen, wird die Kurve 36 noch
einmal um einen konstanten Betrag in Richtung größerer d verschoben, so daß die Grenzlinie
dann durch die Kurve 38 gebildet wird.
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3 zeigt
das gleiche für
eine größere Absolutgeschwindigkeit
V des Fahrzeugs 10. Hier werden insbesondere bei Regen
(Kurven 36 und 38) die Mindestabstände stärker erhöht, da bei
hoher Geschwindigkeit durch den von der Straße aufgewirbelten Wassernebel
die Sicht für
den Fahrer des nachfolgenden Fahrzeugs weiter verschlechtert wird.
Entsprechend der größeren Fahrgeschwindigkeit
ist auch der Mindestabstand bei Relativgeschwindigkeit 0 größer als
in 2.
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In 2 und 3 hat
das Kennfeld nur die Dimensionen d, vr und V, da die Signale des
Umgebungslichtsensors 20 und des Regenmelders 22 hier als
zweiwertige Signale betrachtet werden. Wenn es sich bei diesen Signalen
um mehrwertige Signale handelt, erhält das Kennfeld für jedes
mehrwertige Signal eine zusätzliche
Dimension. Weitere Dimensionen für
Abstände
und Relativgeschwindigkeiten kommen hinzu, wenn weitere nachfolgende
Fahrzeuge berücksichtigt
werden. Denkbar ist auch die Berücksichtigung
weiterer fahrdynamischer Zustände des
eigenen Fahrzeugs 10, beispielsweise eine Berücksichtigung
der Querbeschleunigung.