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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kollisionswarnung
bei Spurwechseln von Fahrzeugen.
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Aus
EP 0 473 866 A2 ist
ein Kollisionsvermeidungssystem bekannt, bei dem ein Sensor eine Vielzahl
von potenziellen Kollisionsobjekten erfasst und mit Hilfe der erfassten
Daten eine mögliche
Kollision vorhergesagt wird. Zur Vermeidung der Kollision wird vorgeschlagen,
dass von einer Fahrzeugsteuereinheit Bremsmittel und/oder Lenkmittel
aktiviert werden, um eine Kollision zu vermeiden. Es wird nicht
angegeben, auf welche Weise eine Steuereinheit entscheidet, ob die
Lenkmittel, die Bremsmittel oder beides eingesetzt werden müssen, um
die Kollision zu vermeiden.
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Aus
US 6,049 295 A1 ist
ein Verfahren bekannt, das Kollisionen zwischen Fahrzeugen verhindern
soll, die eine Kreuzung ohne Verkehrszeichen oder einen schlecht
einsehbaren Straßenabschnitt befahren.
Dieses Verfahren erfordert eine straßenfeste Einrichtung und fahrzeuggebundene
Einrichtungen, die per Funk miteinander in Verbindung stehen.
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Aus
DE 198 30 547 A1 ist
weiter ein Kreuzungswarnsystem bekannt, das ebenfalls auf straßenseitige
und fahrzeugseitige Einrichtungen angewiesen ist.
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Die
bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Kollisionsvermeidung verwenden
bei der Interpretation einer vorliegenden Fahrsituation einzelne fahrsituationstypische
Informationen, um eine anschließenden
Bewertung durchzuführen.
Nachteilig hierbei ist, dass weitere Informationen zur Verbesserung
der Fahrsituationsbewertung nicht flexibel und einfach ausgewertet
werden können.
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In
kritischen Verkehrssituationen wie z. B. drohenden Kollisionen mit
anderen Fahrzeugen kann ein Fahrer häufig nicht schnell genug bzw.
nicht situationsgerecht reagieren. Beispielsweise ist das beim Befahren
von Strassen mit mehreren Spuren bei einem Spurwechsel in eine bereits „besetzte" Spur der Fall. Das
kann vorkommen, wenn der Fahrer unaufmerksam ist, oder sich das
Fahrzeug auf der „besetzten" Spur im „toten
Winkel" des Außenspiegels
befindet.
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Aus
diesem Grund wird ein Verfahren benötigt, durch die das Fahrzeug
die nötigen
Schritte, wie Ausweichen oder Bremsen signalisieren, vorbereiten und
den Fahrer warnen kann, wenn er im Begriff ist, auf eine besetze
Spur zu wechseln und damit ggf. einen Unfall zu verursachen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
schaffen, um einen Wechsel der Fahrspur mit einem Fahrzeug sicherer
zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt bei der ersten Ermittlung
eine Klassifizierung der befahrenen Straße durch im Fahrzeug befindliche
Fahrerassistenz- und/oder Fahrzeugsicherheitssystemen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Klassifizierung der befahrenen
Straße
das Signal eines Geschwindigkeitssensor, eines Querbeschleunigungssensors
und eines Gierratensensors ausgewertet und die Querbeschleunigung
sowie die Gierrate in Relation zur aktuellen Geschwindigkeit gesetzt
werden. Des Weiteren wird zur Klassifizierung der befahrenen Straße ein Kurvenradius
R ermittelt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Analyse des
Umfeldes des Fahrzeuges durchgeführt
wird, wobei festgestellt wird, ob sich weitere Fahrzeuge in der
Umgebung befinden und wie die Fahrtrichtung der in der Umgebung
befindlichen Fahrzeuge ist, wobei in Abhängigkeit von der Umfeldanalyse
festgestellt wird, ob sich das Fahrzeug auf einer Ein- oder Mehrspurigen
Straße
befindet.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird eine zweite Ermittelung
durchgeführt, ob
der Fahrzeugführer
beabsichtigt die Fahrspur zu wechseln. Dies erfolgt, anhand einer
Analyse des Signalgebers und/oder anhand einer Analyse des Lenkprofils.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung erfolgt bei Feststellung,
eines beabsichtigten Wechsels der Fahrspur und bei einer Erkennung
einer Belegung dieser Fahrspur, eine Warnmeldung, die über eine
Mensch-Maschine Schnittstelle an den Fahrer ausgegeben wird.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Kollisionswarnung bei Spurwechseln von Fahrzeugen umfasst eine
erste Ermittelungseinheit zum Ermitteln ob das Fahrzeug auf einer
Strasse mit mehreren Fahrspuren fährt, eine zweite Ermittelungseinheit
zum Ermitteln ob das Fahrzeug die Fahrspur wechseln will, eine dritte
Ermittlungseinheit zum Ermitteln ob die Fahrspur durch ein anderes
Fahrzeug besetzt ist, und eine Ausgabeeinheit, die eine optischen,
haptischen oder akustischen Warnung in Abhängigkeit von den in den drei
Ermittlungseinheiten ermittelten Fahrsituationen ausgibt.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
wird ist die Ausgabeeinheit als eine Mensch Maschine Schnittstelle
ausgeführt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch
die Interpretation der Information von verschiedenen Systemen werden
alle funktionellen Vorteile der einzelnen Subsysteme beibehalten
und zusätzlich
wird deren Gesamtleistung gesteigert. Während die einzelnen Subsysteme,
wie z.B. die Fahrzeugsicherheitssysteme, die Unfälle reduzieren können, indem
sie das Risiko bestimmter Gefahren minimieren, die nur für das eigene
Fahrzeug gelten, können
erfindungsgemäß komplexe
Gefahrensituationen gelöst
werden, an der insbesondere zahlreiche Fahrzeuge beteiligt sind.
Ferner werden Risiken im Zusammenhang mit einer Fahrzeugkollision
reduziert, weil es sich nicht nur auf bestimmte Fälle konzentriert,
wie die Vermeidung von Auffahrunfällen.
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Durch
das Verfahren und die Vorrichtung zum Warnen vor Kollisionen beim
Spurwechsel eines Kraftfahrzeugs kann eine Unfallvermeidung durch rechtzeitige
Warnung des Fahrers vor dem Kollisionsrisiko bei Spurwechsel erzielt
werden. Vorteilhaft kann eine im Fahrzeug verbaute Umfeldsensorik,
die bei Fahrerassistenzsystemen und Fahrzeugsicherheitssystemen
eingesetzt wird, benutzt werden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
kostengünstig
realisiert wird.
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Als
Fahrzeugsicherheitssysteme sind alle im Fahrzeug verfügbaren Bremssysteme
mit elektronischer Regelung einsetzbar. Fahrzeugsicherheitssysteme
können
das Electronic Break System (EBS), das Engine Management System
(EMS), das Antiblockiersystem, die Antriebs-Schlupf-Regelung, Elektronisches
Stabilitätsprogramm,
Elektronische Differentialsperre, Transmission Control Unit (TCU), Elektronische
Bremskraftverteilung (EBV) und/oder Motor-Schleppmomenten-Regelung
(MSR) sein.
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Fahrerassistenzsysteme
sind elektronische Zusatzeinrichtungen in Fahrzeugen zur Unterstützung des
Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Hierbei stehen oft Sicherheitsaspekte,
aber auch die Steigerung des Fahrkomforts im Vordergrund. Diese Systeme
greifen teilautonom oder autonom in Antrieb, Steuerung (z.B. Gas,
Bremse) oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeuges ein oder
warnen durch geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen den
Fahrer kurz vor oder während
kritischer Situationen. Solche Fahrassistenzsysteme sind beispielsweise
Einparkhilfe (Sensorarrays zur Hinderniss- und Abstandserkennung), Bremsassistent
(BAS), Tempomat, A daptive Cruise Control oder Abstandstempomat (ACC),
Abstandswarner, Abbiegeassistent, Stauassistent, Spurerkennungssystem,
Spurhalteassistent/Spurassistent (Querführungsunterstützung, lane
departure warning (LDW)), Spurhalteunterstützung (lane keeping support)),
Spuwechselassistent clane change assistance), Intelligent Speed
Adaption (ISA), Adaptives Kurvernlicht, Reifendruckkontrollsystem,
Fahrerzustandserkennung, Verkehrserkennung, Automatische Notbremsung
(ANB), Auf- und Abblendassistent für das Fahrlicht, Nachtsichtsystem (Night
Vision).
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In
Kraftfahrzeugen mit Bremssystemen die eine ABS-Regelung, eine Fahrdynamikregelung
oder dergleichen aufweisen, werden in elektronischen Regelgeräten üblicherweise
verschiedenste Verfahren zur Erkennung von Fahrsituationen durch
einen Mikroprozessor ausgeführt.
In praktisch allen Verfahren zur Erkennung der Fahrsituation werden
Eingangssignale von Raddrehzahlsensoren zur Erkennung der Fahrsituation
entweder alleine oder gemeinsam mit weiteren Sensoren (Gierrate,
Querbeschleunigung etc.) ausgewertet, sofern diese weiteren Sensoren (sogenannte
ESP-Sensorik) im Fahrzeug vorhanden sind.
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Es
zeigt 1 beispielhaft den Anlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
setzt sich aus folgenden Phasen zusammen:
- 1.
Ermittlung Mehrspurige Straße
und Straßenform
(1)
- 2. Ermittlung Spurwechsel (2)
- 3. Ermittlung besetzte Zielspur (3)
- 4. Ausgabe Spurwechselwarnung (4)
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Die
Ergebnisse und die Auswertung der einzelnen Phasen werden in einen
Datenspeicher (5) ausgegeben und mittels einer Auswerteeinheit
(6) weiterverarbeitet. In diesem Zusammenhang kann der
Datenspeicher als realer Datenspeicher, wie auch als virtueller
Datenspeicher ausgeführt
sein. Für
alle Verfahrensschritte ist wichtige Voraussetzung, dass diese Echtzeitkriterien
genügen.
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Vorteilhaft
weist das Verfahren folgende Verfahrensschritte auf:
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1) Ermittlung Mehrspurige
Straße
(1)
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a) Aktuelle Geschwindigkeit
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Zur
Ermittlung, ob es sich um eine mehrspurige Strasse handelt wird
eine Situationserkennung mittels der Fahrerassistenz- und/oder Fahrzeugsicherheitssystem
durchgeführt,
um festzustellen auf welcher Art von Straße gegenwärtig das Fahrzeug vom Fahrer
gefahren wird. Hierdurch wird vermieden eine unnötige Warnung an den Fahrer
zu generieren, wenn das Fahrzeug z.B. im Stadtverkehr oder auf einer
einspurigen Landrassen gefahren wird. Eine Eigenschaft bei Fahrten
auf mehrspurigen Strassen ist, dass eine hohe Geschwindigkeit von
beispielsweise > 80
km/h gefahren wird. Durch das Einlesen der Information aus beispielsweise
den Geschwindigkeitssensoren kann die Überprüfung der aktuellen Geschwindigkeit
(10) erfolgen. Liegt eine hohe Geschwindigkeit von z.B. > 80 km/h, wird erfindungsgemäß diese
Information in einen Datenspeicher geschrieben. Somit wird die Information
für die
weitere Auswertung den Phasen 2–4
zur Verfügung
gestellt.
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b) Straßenform
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Die
Art der Straße,
ob es sich z.B. um eine kurvenreiche oder langgezogene Straße handelt
wird durch die Auswertung der geringen Wechsel in der Querbeschleunigung
(11) und der Gierrate (12) im Verhältnis zu
Fahrzeuggeschwindigkeit im Vergleich zu engkurvigen Landstrassen
ausgewertet. Eine weitere vorteilhafte Bestimmung des Straßentyps
kann beispielsweise durch die direkte Berechnung des Kurvenradius
R = Geschwindigkeit/Gierrate (13) erfolgen. Ein weiteres
vorteilhaftes Bestimmungsverfahren für Kurvenradien kann aus den
ABS-Raddrehzahlsignalen abgeleitet werden.
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Der
ermittelte Kurvenradius R wird bevorzugt gemittelt und/oder gefiltert.
Werden über
lange Zeiträume
eine „Langgezogene
Kurve" (14)
oder „Geradeausfahrt" (15) erkannt,
wird die Information „Gerade
Strasse" in den
bereits genannten einen Datenspeicher übertragen
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Wird
im Verfahrensablauf eine enge Kurve ermittelt, die nicht als Spurwechsel,
das einen Vorzeichenwechsel der Querbeschleunigung bedingt, erkannt,
wird die Information „Gerade
Strasse" durch die
Information „Enge
Kurve" ersetzt.
Ein solcher Fall liegt vor, wenn z.B. der Fahrer von einer Autobahn abfährt, da
beim Abfahren von einer Autobahn eine enge Kurve durchfahren wird.
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c) Ermittlung der Fahrtrichtung
der benachbarten Fahrzeugen
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Befinden
sich in der unmittelbaren Umgebung andere Fahrzeuge und wird über die
Umfeldsensorik festgestellt, dass eine Fahrzeugbewegung in gleicher
Richtung auf Nachbarspur er folgt, wird eine Erkennung durchgeführt. Hierbei
werden folgen Modelle überprüft:
- I) Das eigene Fahrzeug fährt auf der äußerst rechten
Spur und rechts werden stehende Objekte erkannt und links fahren
weitere Fahrzeuge langsamer, schneller oder gleich schnell (16)
- II) Das eigene Fahrzeug fährt
auf einer mittleren Spur und links und rechts fahren weitere Fahrzeuge
langsamer, schneller oder gleich schnell (17)
- III) Das eigene Fahrzeug fährt
auf äußerst linken Spur
und links werden stehende Objekte oder entgegenkommende Objekte
erkannt und rechts fahren weitere Fahrzeuge langsamer, schneller
oder gleich schnell (18)
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Wird
eines der Modelle I–III
erkannt sein, wird die Information „Mehrspurige Strasse erkannt" in den Datenspeicher
gespeichert.
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Werden
rechts stehende Objekte und links schnell entgegenkommende Fahrzeuge
erkannt, wie es in Fall von einer Fahrspur in jede Richtung vorliegt,
wird die Information „Mehrspurige
Strasse erkannt" zurückgesetzt.
Werden rechts und links stehende Objekte erkannt, wie der Erkennung
einer einspurige Strasse wird die Information „Mehrspurige Strasse erkannt" ebenfalls zurückgesetzt.
Ist die Information „Enge
Kurve" im Datenspeicher
vorhanden, wird die Information „Mehrspurige Strasse erkannt" ebenfalls zurückgesetzt.
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Wird
keines dieser Modelle erkannt, wie es z.B. im Fall von einem einzigen
Fahrzeug auf der Autobahn, das von keinen weitern Fahrzeugen umgeben
ist, wird die Information „Kriterium
mehrspurige Strasse nicht auswertbar" (19) in den Datenspeicher übertragen.
Bei dieser Erkennung werden keine anderen Fahrzeuge in gleicher
Richtung auf der Nachbarspur ermittelt.
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Es
erfolgt die Auswertung der im Datenspeicher befindlichen Information.
Liegt die Information „Hohe
Geschwindigkeit" und „Gerade
Strasse" und „Mehrspurige
Strasse erkannt" vor,
wird ein die Information „Fahrer
fährt auf
mehrspuriger Strasse" gesetzt,
das im Folgenden als Basisinformation verwendet wird.
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Ist
die Information „Kriterium
mehrspurige Strasse nicht auswertbar" im Datenspeicher vorhanden wird die
Information „Mehrspurige
Strasse erkannt" nicht
ausgewertet.
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Alle
Informationen sind vorzugsweise durch statistische Betrachtungen
zu erzeugen und zu ermitteln, da Einzelereignisse durch Störvorgänge falsch ermittelt
worden sein können.
Zusätzliche
Informationskriterien und Störungen
werden durch empirisch ermittelte Werte präzisiert, wobei vorzugsweise
diese durch Versuche ermittelt werden.
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2. Ermittlung Spurwechsel
(2)
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Anschließend wird
die Phase „Ermittlung Spurwechsel" durchlaufen.
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Es
wird eine Erkennung des Spurwechselwunsches des Fahrers und der
Zielfahrspur, in die er wechseln will, dadurch ermittelt, dass das
Signal des betätigten „Blinkerhebel" (20) ausgewertet
wird und der Richtungswunsch und die Absicht zum Spurwechsel erkannt
werden. Die Information „Wechsel nach
rechts" bzw. „Wechsel
nach links" (21)
wird abhängig
vom betätigten
Blinkerhebel entsprechend in den Datenspeicher übertragen.
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Eine
besonders vorteilhafte Art der Ermittlung eines Spurwechsels wird
durch die Analyse des Lenkprofils (22) ermittelt, wie Sie
z.B. bei immer langsamerer Lenkbewegung bei höheren Geschwindigkeiten erfolgt.
Hieraus wird ausgeschlossen, dass es sich nicht um Korrekturen zum
Spurhalten handelt und aufbauend auf dieses Lenkprofil kann die
Information „Wechsel
nach rechts" bzw. „Wechsel
nach links" in den
Datenspeicher übertragen
werden.
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3. Ermittlung besetzte
Zielspur (2)
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Durch
die Umfeldsensorik werden die in der Umgebung im rückwärtigen seitlichen
Raum befindlichen und benachbarten Fahrzeuge ermittelt. Bei einer
Erkennung, dass sich auf der Spur, in die gewechselt werden soll,
bereits ein Fahrzeug befindet wird die Information „Fahrzeug
links" (20)
bzw. „Fahrzeug
rechts" (21)
in den Datenspeicher übertragen
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4. Ausgabe der Spurwechselwarnung
(4)
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Aus
den durchlaufenden Phasen der Punkte 1 bis 3 wird
bei vorliegen von bestimmten Informationszuständen im Datenspeicher eine
Ausgabe einer Warnung vorgenommen.
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Wird
in dieser Phase erkannt, dass sich das Fahrzeug mit der Information „hoher
Geschwindigkeit" auf
einer mehrspurigen Strasse befindet, und in eine besetzte Spur gewechselt
werden soll, dann wird eine Warnung an den Fahrer ausgegeben. Die erfolgt über verschiede
Ausgabemöglichkeiten
mittels eine Mensch-Maschine Schnittstelle. In einer Ausführung erfolgt
die Ausgabe der Warnung z.B. über
den CAN Datenbus oder fest verdrahtet an eine Anzeigeeinheit, das
z.B. in Form eines Kombiinstrumentes ausgeführt ist. Hier wird ein Warnton
und eine Displaybotschaft bzw. eine Warnlampe angesteuert. Alternativ
kann auch ein Vibrationsalarm über
den Fahrersitz ausgegeben werden. In einer weiteren Ausgestaltung
kann ein Head Up Display oder eine spezieller Bereich des Innenspiegels
des Fahrzeugs als Widergabeeinheit fungieren, der nur durch den Fahrzeugführer eingesehen
wird. Alternativ kann eine Projektion der Warnsituation auf der
Frontscheibe und/oder Heckscheibe visualisiert werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die Umfeldsensoren,
wie z.B. Infrarotsensoren aus dem Fahrerassistenzsystem Parkhilfe auf
beiden Seiten des Fahrzeugs genutzt. Diese erfassen mindestens den
Bereich des durch den Fahrer über
die Fahrzeugspiegel nicht visuell einsehbaren Bereichs, den so genannten „toten
Winkel". Besonders
vorteilhaft ist eine die Verwendung einer zentralen Recheneinheit,
die die Situationserkennung durchführt, die vorzugsweise bereits
im Fahrzeug vorhanden ist, wie es bei dem Einsatz eines EBS der
Fall ist. Des Weiteren übernimmt
diese Zentrale Recheneinheit, die Ansteuerung der Ausgabeeinheit,
die den Fahrer z.B. mittels Warnton, Warnlampe und Displaybotschaft
warnt Die obige Beschreibung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das bei Landfahrzeugen, zum Beispiel bei Lastkraftwagen,
Bussen oder Personenkraftwägen
eingesetzt wird. Es versteht sich jedoch, dass das der Erfindung
zugrundeliegende Verfahren und die der Erfindung zugrundeliegende
Vorrichtung nicht auf den Einsatz bei Landfahrzeugen beschränkt ist, sondern – gegebenenfalls
in leicht modifizierter Form – auch
auf andere Fahrzeuge, wie Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge und
Luftfahrzeuge erstreckt werden kann.