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Stand
der Technik Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für Kraftfahrzeuge,
mit einem winkelauflösenden
Ortungssensor und einer Ver- und Entriegelungseinrichtung zum Sperren
und Freigeben einer Assistenzfunktion.
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Beispiele
für Assistenzfunktionen
sind etwa eine ACC Funktion sowie eine PSS-Funktion.
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Unter
einem ACC-System (Adaptive Cruise Control) versteht man ein Assistenzsystem,
das in der Lage ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs automatisch
so zu regeln, daß ein
unmittelbar vorausfahrendes Fahrzeug in einem angemessenen Sicherheitsabstand
verfolgt wird. Zu diesem Zweck ist als Ortungssensor zumeist ein
winkelauflösender
Radarsensor vorgesehen, der den Abstand und die Relativgeschwindigkeit
sowie auch den Azimutwinkel und damit die Querablage vorausfahrender
Fahrzeug mißt.
Anhand der Querablage wird dann u.a. entschieden, ob sich das vorausfahrende
Fahrzeug in der eigenen Fahrspur oder auf einer Nebenspur befindet.
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Unter
einem PSS-System (Predictive Safety System) versteht man ein System,
das in der Lage ist, Gefahrensituationen und insbesondere bevorstehende
Kollisionen automatisch zu erkennen und dann rechtzeitig geeignete
Gegenmaßnahmen
zur Abwendung der Kollision und/oder zur Milderung der Kollisionsfolgen
einzuleiten. Auch bei einem solchen System beruht die Erkennung
und Interpretation des Verkehrsumfelds auf den Daten eines winkelauflösenden Ortungssensors,
insbesondere eines Radarsensors.
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Damit
diese Assistenzfunktionen ihre Aufgabe korrekt erfüllen können, ist
es wichtig, daß das Verkehrsumfeld
zutreffend interpretiert wird, und dies setzt u.a. voraus, daß der Ortungssensor
beim Einbau in das Fahrzeug korrekt justiert wurde. Die Justage
des Ortungssensors wird bisher vor Inbetriebnahme des Fahrzeugs
werksseitig vorgenommen.
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Aus
DE 101 07 219 A1 ist
ein Fahrerassistenzsystem der eingangs genannten Art bekannt, bei der
die Ver- und Entriegelungseinrichtung die Assistenzfunktion oder
Assistenzfunktionen im Auslieferungszustand des Fahrerassistenzsystems
gesperrt hält.
Erst wenn die werksseitige Justage des Ortungssensors im Fahrzeug
stattgefunden hat, wird die Verriegelung aufgehoben, so daß die Assistenzfunktionen
zur Verfügung
stehen. Auf diese Weise soll verhindert werden, daß Fahrzeuge
versehentlich ohne vorherige Justage des Sensors an den Kunden ausgeliefert
werden.
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Es
sind auch Fahrerassistenzsysteme bekannt, die Algorithmen aufweisen,
mit denen sich eine horizontale Dejustage des Ortungssensors automatisch
während
des Betriebs feststellen und innerhalb gewisser Grenzen durch eine
geeignete Korrektur kompensieren läßt. Wenn die Dejustage so gravierend
ist, daß sie
nicht ausreichend kompensiert werden kann, führt dies zu einer automatischen Deaktivierung
des Systems.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Fahrerassistenzsystem der eingangs genannten
Art zu schaffen, das sich durch einen geringen Installationsaufwand
auszeichnet und eine hohe Funktionssicherheit aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß in
dem Fahrerassistenzsystem ein Algorithmus zur Kompensation von Justagefehlern des
Ortungssensors implementiert ist und daß die Ver- und Entriegelungseinrichtung
dazu ausgebildet ist, die Assistenzfunktion bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs
zu sperren und während
des Betriebs automatisch freizugeben, wenn mindestens eine vorgegebene,
die Justage des Ortungssensors betreffende Bedingung erfüllt ist.
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Der
Vorteil dieses Systems besteht darin, daß auf eine genaue werksseitige
Justage des Sensors verzichtet werden kann. Es genügt, wenn
beim Einbau des Sensors gewisse Mindesttoleranzgrenzen eingehalten
werden. Die Feinjustage erfolgt dann nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs
durch das System selbst, indem mit Hilfe von bekannten Algorithmen
eine etwaige horizontale Fehljustage des Sensors erkannt und kompensiert
wird.
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Während dieser
Betriebsphase, die sich über eine
Gesamt-Betriebsdauer
des Fahrzeugs von einer oder mehreren Stunden erstrecken kann, entsprechend
einer Fahrleistung in der Größenordnung
von etwa 200-300 km, ist das Fahrerassistenzsystem zwar in Betrieb,
doch stehen seine Funktionen für den
Fahrer noch nicht zur Verfügung.
Erst nach einer angemessenen Betriebszeit, in der das System ausreichend
Gelegenheit hatte, nach Art eines selbstlernenden Algorithmus die
Feinjustierung des Sensors vorzunehmen, wird die Assistenzfunktion
durch die Ver- und Entriegelungseinrichtung automatisch freigeschaltet,
so daß von
diesem Zeitpunkt an die Assistenzfunktionen für den Fahrer zur Verfügung stehen.
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Die
Erfindung erlaubt es somit, auf einen zeit- und arbeitsaufwendigen
Justageprozeß vor
der Auslieferung des Fahrzeugs zu verzichten. Da andererseits die
Assistenzfunktion erst nach der automatischen Feinjustage freigegeben
wird, ist die Funktionssicherheit ebenso hoch wie bei herkömmlichen Systemen.
Ein zusätzlicher
Vorteil gegenüber
dem System nach dem eingangs beschriebenen Stand der Technik besteht
darin, daß sich
zuverlässig
ausschließen
läßt, daß bei der
werksseitigen Justage die Assistenzfunktion freigegeben wird, obwohl
die Justage in Wahrheit nicht korrekt durchgeführt wurde.
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Die
beim Einbau des Sensors zu beachtenden Toleranzgrenzen hinsichtlich
der horizontalen Justage liegen bei heute gebräuchlichen Radarsystemen typischerweise
in der Größenordnung
von ± 0,5°, können jedoch
auch deutlich größer sein,
wenn Ortungssensoren mit einem größeren Ortungswinkelbereich
verwendet werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Bevorzugt
hat die Ver- und Entriegelungseinrichtung Zugriff auf eine zu dem
Fahrerassistenzsystem gehörende
Benutzerschnittstelle, und wenn der Benutzer versucht, die Assistenzfunktion
zu aktivieren, bevor die automatische Justage abgeschlossen ist,
erscheint auf einem Display der Benutzerschnittstelle eine Meldung,
die den Fahrer auf diesen Umstand hinweist, beispielsweise in der
Form: "ACC-Sensor
im Lernmodus, ACC in ca. 200 km verfügbar".
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Die
Bedingung, die zum Aufheben der Verriegelung erfüllt sein muß, kann im einfachsten Fall darin
bestehen, daß seit
der Inbetriebnahme des Fahrzeugs eine bestimmte Fahrleistung von
beispielsweise 300 km absolviert wurde. Während dieser Fahrtstrecke wird
der laterale Dejustagewinkel des Ortungssensors mit Hilfe des selbstkorrigierenden
Algorithmus mehrfach, beispielsweise anhand von stehenden Radarzielen
am Fahrbahnrand bestimmt, so daß der
Mittelwert der bei diesen Einzelmessungen bestimmten Dejustagewinkel
in der Nähe
des tatsächlichen
Justagefehlers liegen wird, der dann nach Freigabe der Assistenzfunktion
die Grundlage für
die Korrektur bildet.
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In
einer verfeinerten, bevorzugten Ausführungsform muß die (zusätzliche)
Bedingung erfüllt sein,
daß der
Mittelwert aus den bei den Einzelmessungen erhaltenen Dejustagewinkeln
gegen einen Grenzwert konvergiert und bei fortgesetzten Messungen
die Streuung der Meßwerte
und/oder des Mittelwertes um den Grenzwert innerhalb eines geeignet gewählten Toleranzbereiches
liegt.
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Für die automatische
Bestimmung des Dejustagewinkels stehen verschiedene Algorithmen
zur Verfügung.
Beispielsweise kann ein solcher Algorithmus darauf beruhen, daß stehende
Radarziele wie Verkehrsschilder oder Leitplankenpfosten am Fahrbahnrand
bei nicht korrekter horizontaler Justierung des Sensors eine scheinbare
Lateraldrift aufweisen. Aus dem Ausmaß dieser Lateraldrift läßt sich
der Dejustagewinkel berechnen. Ein anderer Algorithmus beruht auf
der Bedingung, daß die
Querablage eines in der eigenen Fahrspur vorausfahrenden Fahrzeugs im
statistischen Mittel null betragen muß. Wenn sich dagegen im statistischen
Mittel eine von null verschiedene Querablage ergibt, so ist dies
ein Indiz für eine
Fehljustierung des Sensors, und aus dem Ausmaß der scheinbaren Querablage
oder, äquivalent dazu,
des Mittelwertes des Azimutwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs,
läßt sich
der Dejustagewinkel bestimmen. Es ist auch eine geeignete Kombination
dieser verschiedenen Korrekturalgorithmen denkbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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 Fahrerassistenzsystems;
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2 eine
Skizze zur Erläuterung
eines Algorithmus zur Bestimmung eines Dejustagewinkels eines Ortungssensors;
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3 ein
Diagramm zur Illustration einer Bedingung für die Freigabe einer Assistenzfunktion;
und
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4 ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung
der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems.
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Das
in 1 gezeigte Fahrerassistenzsystem umfaßt einen
winkelauflösenden
Ortungssensor 10, beispielsweise einen vorn im Fahrzeug
eingebauten Radarsensor, und ein elektronisches Datenverarbeitungssystem 12,
das die vom Ortungssensor 10 gelieferten Daten auswertet
und auf dieser Grundlage eine oder mehrere Assistenzfunktionen 14,
beispielsweise eine ACC-Funktion und/oder eine PSS-Funktion ausführt. In
dem Datenverarbeitungssystem 12 ist außerdem ein Korrekturmodul 16 implementiert,
mit dem während
des Betriebs des Fahrerassistenzsystems eine etwaige Fehljustage
des Ortungssensors 10, spezieller eine horizontale Winkelabweichung
der optischen Achse des Ortungssensors von der Geradeausrichtung
des Fahrzeugs, festgestellt werden kann. Ein auf diese Weise ermittelter
Dejustagewinkel δ des
Sensors wird an das die Assistenzfunktionen 14 ausführende Modul übergeben
und dort zu einer Korrektur benutzt, so daß das Assistenzsystem trotz
der Dejustage des Sensors in der Lage ist, anhand der vom Ortungssystem 10 gemessenen
Azimutwinkel der georteten Objekte die Querablage dieser Objekte
korrekt zu berechnen.
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Außerdem weist
das gezeigte Fahrerassistenzsystem eine (als Software implementierte)
Ver- und Entriegelungseinrichtung 18 auf, mit der sich
die Assistenzfunktionen 14 freigeben und sperren lassen.
Wenn eine Assistenzfunktion gesperrt ist, so bedeutet dies, daß das Fahrerassistenzsystem
zwar in Betrieb ist und die Daten des Ortungssensors 10 auswertet,
jedoch kein automatischer Eingriff in die Fahrzeugführung erfolgt.
Beispielsweise werden im Fall einer gesperrten ACC-Funktion zwar
die Abstände, Relativgeschwindigkeiten
und Azimutwinkel der vorausfahrenden Fahrzeuge sowie ggf. stehender
Objekte am Fahrbahnrand ausgewertet, doch erfolgt kein Eingriff
in das Antriebs- und/oder Bremssystem des Fahrzeugs, um die Geschwindigkeit
anzupassen. Wenn eine Assistenzfunktion gesperrt ist und der Fahrer
versucht, über
eine dem Fahrerassistenzsystem zugeordnete Benutzerschnittstelle 20 diese Assistenzfunktion
zu aktivieren, so erscheint auf einem Display der Benutzerschnittstelle 20 eine
Meldung, die den Fahrer darüber
informiert, daß die
Assistenzfunktion zur Zeit nicht zur Verfügung steht, und die vorzugsweise
auch den Grund für
die Sperrung der Assistenzfunktion sowie das voraussichtliche Ende
dieser Sperrung angibt.
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Im
Auslieferungszustand des Kraftfahrzeugs hält die Verund Entriegelungseinrichtung 18 sämtliche
Assistenzfunktionen 14 gesperrt, die auf korrekte Azimutwinkeldaten
des Ortungssensors 10 angewiesen sind. Die Sensordaten
werden aber auch bei gesperrten Assistenzfunktionen durch das Korrekturmodul 16 ausgewertet,
und anhand dieser Daten wird der Dejustagewinkel δ des Ortungssensors 10 bestimmt.
Wenn während
einer gewissen Betriebsdauer des Fahrzeugs ein stabiler und damit
zuverlässiger Wert
des Dejustagewinkels δ ermittelt
wurde, gibt die Ver- und Entriegelungseinrichtung 18 die
gesperrten Assistenzfunktionen frei, so daß sie nun durch den Fahrer über die
Benutzerschnittstelle 20 aktivierbar sind.
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Beispiele
für Algorithmen,
die im Korrekturmodul 16 zur Bestimmung des Dejustagewinkels δ dienen,
sollen nun anhand von 2 erläutert werden.
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Bei
einem mit dem Fahrerassistenzsystem nach 1 ausgerüsteten Kraftfahrzeug 22 ist
der Ortungssensor 10 in horizontaler Richtung dejustiert, wie
in 2 übertrieben
dargestellt ist. Der Dejustagewinkel δ ist definiert als der Winkel
zwischen der Verlängerung
der Längsmittelachse
F des Fahrzeugs und der optischen Achse A des Sensors. Der Ortungswinkelbereich
des Sensors ist durch linke und rechte Grenzen L, R definiert, die
symmetrisch zur optischen Achse A liegen.
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Im
Ortungswinkelbereich des Sensors befindet sich im gezeigten Beispiel
ein unmittelbar in der eigenen Fahrspur vorausfahrendes Fahrzeug 24. Dieses
Fahrzeug 24 wird in der Praxis mal nach links und mal nach
rechts von der Kursmitte F des Fahrzeugs 22 abweichen,
d.h., es wird mal eine leicht positive und mal eine leicht negative
Querablage aufweisen. Im statistischen Mittel wird die Querablage jedoch
gleich null sein, und dementsprechend muß dann auch der Azimutwinkel,
unter dem das Fahrzeug 24 vom Ortungssensor 10 geortet
wird, bei korrekt justiertem Sensor im statistischen Mittel den Wert
null haben. Aufgrund der Dejustage des Sensors erscheint das Fahrzeug 24 jedoch
im statistischen Mittel unter einem Winkel, der dem Dejustagewinkel δ des Sensors
entspricht. Auf diese Weise läßt sich
durch statistische Auswertung der Azimutwinkeldaten von unmittelbar
in der eigenen Spur vorausfahrenden Fahrzeugen ein Maß für den Dejustagewinkel δ gewinnen.
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Ein
unabhängiger
Algorithmus zur Bestimmung des Dejustagewinkels δ beruht auf der Auswertung scheinbarer
Querbewegungen von stehenden Objekten 26, 28 am
Fahrbahnrand 30, die durch die Dejustage des Sensors vorgetäuscht werden.
Wenn das Fahrzeug 22 auf einer geraden Fahrbahn annähernd auf
der Mitte der Fahrspur bleibt, dürften
die stehenden Objekte 26, 28 an sich keine Querbewegung
relativ zum Fahrzeug 22 aufweisen, d.h., ihre Querablage
müßte konstant
sein. Aufgrund der Dejustage des Sensors erhält man jedoch im gezeigten Beispiel
für das
weiter entfernte Objekt 26 eine scheinbare Querablage Y1,
die kleiner ist als die wahre Querablage von der Längsmittelachse
F des Fahrzeugs 22. Für
das stehende Objekte 28, das dem Fahrzeug 22 etwas
näher liegt,
erhält
man eine größere scheinbare
Querablage Y2, obgleich dieses Objekt vom Fahrbahnrand 30 genauso
weit entfernt ist wie das Objekt 26. Wenn sich das Fahrzeug 22 den
stehenden Objekten 26, 28 weiter annähert, werden
die beiden scheinbaren Querablagen Y1 und Y2 weiter zunehmen, d.h.,
es wird eine Lateralbewegung der Objekte 26 und 28 vorgetäuscht. Auch
aus dieser scheinbaren Lateralbewegung läßt sich der Dejustagewinkel δ eindeutig
berechnen.
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Das
Datenverarbeitungssysstem 12 wird bei der Herstellung des
Fahrerassistenzsystems so konfiguriert, daß die Assistenzfunktionen 14 zunächst durch
die Ver- und Entriegelungseinrichtung 18 gesperrt gehalten.
In diesem Zustand wird das Fahrzeug 22 an den Kunden ausgeliefert.
Während
der ersten 200 bis 300 km werden sich jedoch mehrfach Situationen
ergeben, in denen unmittelbar vor dem eigenen Fahrzeug 22 ein
vorausfahrendes Fahrzeug wie das Fahrzeug 24 geortet wird
und/oder stehende Objekte wie die Objekte 26, 28 am
Fahrbahnrand 30 geortet werden. Bei jeder dieser Gelegenheiten
kann ein unabhängiger
Wert für
den Dejustagewinkel δ bestimmt
werden. Diese Werte soll-ten im Idealfall übereinstimmen, werden jedoch
in der Praxis aufgrund von Meßfehlern
oder statistischen Fehlern eine gewisse Schwankung aufweisen. Statistisch
mitteln sich diese Fehler jedoch heraus, so daß man mit zunehmender Dauer
der "Lernphase" einen Mittelwert für die gemessenen
Dejustagewinkel δ erhält, der
immer besser mit dem wahren Wert übereinstimmt. Wenn beide oben
beschriebenen Algorithmen benutzt werden, können ggf. die anhand von vorausfahrenden
Fahrzeugen 24 ermittelten Werte entsprechend der jeweiligen
Beobachtungsdauer unterschiedlich gewichtet werden.
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Der
Mittelwert der gemessenen Dejustagewinkel δ wird mit zunehmendem Stichprobenumfang immer
besser gegen den wahren Dejustagewinkel δ konvergieren, d.h., die Streuung σ(δ) des Mittelwertes
wird mit zunehmender Fahrstrecke W des Fahrzeugs gegen null gehen
oder zumindest unter einen bestimmten Schwellenwert S abnehmen und
dann dauerhaft unterhalb dieses Wertes bleiben, wie in 3 in
Diagrammform dargestellt ist.
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Wenn
die seit Inbetriebnahme des Fahrzeugs insgesamt zurückgelegte
Fahrtstrecke einen gewissen Mindestwert Wmin überschritten
hat und außerdem
die Streuung σ(δ) des Mittelwertes
der gemessenen Dejustagewinkel δ unter
den Schwellenwert S abgenommen hat, so bedeutet dies, daß der wahre
Dejustagewinkel δ mit
hinreichender Genauigkeit bestimmt wurde. Unter dieser Bedingung
gibt die Ver- und Entriegelungseinrichtung 18 die Assistenzfunktionen
frei, so daß sie
für den
Fahrer zur Verfügung
stehen. Wahlweise oder ergänzend
kann als Kriterium auch berücksichtigt
werden, ob die nacheinander gemessenen Werte für den Dejustagewinkel δ stabil innerhalb
eines bestimmten Korridors um den Mittelwert liegen.
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In 4 ist
die Arbeitsweise der Ver- und Entriegelungseinrichtung 18 als
Flußdiagramm
dargestellt. Die hier gezeigte Prozedur beginnt beim Einbau des
Ortungssensors 10 in das Fahrzeug oder ggf. bei Auslieferung
des Fahrzeugs mit dem Schritt S1, in dem die Assistenzfunktionen
verriegelt werden. Während
der Zeiten, in denen das Fahrzeug nicht in Betrieb ist, wird die
in 4 gezeigte Prozedur unterbrochen, wird jedoch bei
erneuter Inbetriebnahme des Fahrzeugs, d.h. beim Wiedereinschalten der
Zündung,
in dem Zustand wieder aufgenommen, in dem sie unterbrochen wurde.
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In
Schritt S2 wird geprüft,
ob die seit Inbetriebnahme des Fahrzeugs insgesamt zurückgelegte Fahrstrecke
bereits den Mindestwert Wmin überschritten
hat. Solange dies noch nicht der Fall ist, erfolgt ein Rücksprung
zu Schritt S1, d.h. die Assistenzfunktionen bleiben verriegelt.
Unterdessen wird mit Hilfe der oben beschriebenen Algorithmen bei
jeder sich bietenden Gelegenheit ein neuer Wert für den Dejustagewinkel δ gemessen.
Nachdem mindestens die Fahrstrecke Wmin zurückgelegt
wurde, wird in Schritt S3 geprüft,
ob die Streuung σ(δ) der so
gemessenen Dejustagewinkel oder der gleitenden Mittelwerte kleiner
als der Schwellenwert S ist. Sofern dies nicht der Fall ist, erfolgt
wieder ein Rücksprung
zu Schritt S1, und die Assistenzfunktionen bleiben vorerst verriegelt.
Die Schleife mit den Schritten S1-S3 wird dann zyklisch wiederholt,
wobei die Abfrage in Schritt S2 naturgemäß stets das Ergebnis "Ja" haben wird. Wenn
sich schließlich
die gemessenen Werte für
den Dejustagewinkel δ stabilisiert
haben, hat auch die Abfrage in Schritt S3 das Ergebnis "Ja" (J), und in Schritt S4
werden die Assistenzfunktionen freigegeben.
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Danach
könnte
die Prozedur im Prinzip beendet werden. Im gezeigten Beispiel erfolgt
jedoch nach Schritt S4 ein Rücksprung
zu Schritt S3, und die Schritte S3 und S4 werden zyklisch wiederholt.
Auf diese Weise läßt sich
beispielsweise eine Situation erkennen, in der sich die Befestigung
des Ortungssensors 10 gelockert hat und der Sensor infolge
von Vibrationen seine Lage ändert,
so daß die
Streuung σ(δ) wieder über den
Schwellwert S zunimmt. In diesem Fall werden die Assistenzfunktionen
in Schritt S1 erneut verriegelt, und ggf. kann in diesem Fall an den
Fahrer über
die Benutzerschnittstelle 20 die Aufforderung ausgegeben
werden, eine Werkstatt aufzusuchen.
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Anstelle
des Kriteriums Fahrstrecke > Wmin kann wahlweise z. B. auch geprüft werden,
ob die Anzahl ausgewerteter Standziele und/oder die Anzahl der Folgefahrtzyklen
einen bestimmten Wert erreicht hat.