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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beurteilen der Aufmerksamkeit des Fahrers eines fahrenden Kraftfahrzeugs.
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Vorrichtungen und Verfahren, die die Lenkaktivitäten des Fahrers eines Kraftfahrzeugs überwachen, um ihre Qualität zu beurteilen und anhand der Beurteilung das Aufmerksamkeitsniveau des Fahrers einzuschätzen und ggf. eine Warnung zu erzeugen, sind aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt.
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Ein verbreiteter Ansatz zur Aufmerksamkeitsbeurteilung ist, den zeitlichen Ablauf von Lenkbewegungen des Fahrers zu überwachen und bei Erfüllung vorgegebener Kriterien, z. B. im Falle einer abrupten Lenkbewegung, die auf eine Phase der Lenkruhe folgt, mangelnde Aufmerksamkeit anzunehmen. Dieser Ansatz ist z. B. aus
DE 10 2008 056 593 A1 und einigen weiteren, in dieser Schrift zitierten Dokumenten bekannt.
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Ein Problem, das allen diesen bekannten Verfahren gemeinsam ist, ist die mangelnde Berücksichtigung äußerer Umstände. So kann es für einen voll aufmerksamen Fahrer nach einer Phase der Lenkruhe durchaus notwendig sein, eine abrupte Lenkbewegung durchzuführen, um nach einer längeren geraden Strecke einer Kurve der Straße zu folgen. Eine ausschließliche Überwachung der Lenkbewegung erlaubt daher keine sichere Beurteilung.
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Aus
EP 1 602 558 A2 ist ein Lenkassistenzsystem bekannt, das anhand von Bildern einer Kamera oder von Kartendaten ein Hilfsdrehmoment steuert, welches von einer Servolenkung ausgeübt wird, um den Fahrer beim Fahren eines vor dem Fahrzeug liegenden Wegs zu unterstützen. Eine Überwachung der Fahreraufmerksamkeit ist im Rahmen dieses Assistenzsystems nicht vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Beurteilen der Fahreraufmerksamkeit zu schaffen, das auf Kurven einer von dem Fahrzeug befahrenen Straße zurückzuführende Beurteilungsfehler vermeidet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten:
- a) Erfassen des Krümmungsradius eines vor dem Fahrzeug liegenden Wegs;
- b) Erfassen eines vom Fahrer an dem Kraftfahrzeug vorgenommenen Lenkradeinschlags;
- c) Abschätzen eines ersten Werts einer Vergleichsgröße anhand des erfassten Krümmungsradius;
- d) Abschätzen eines zweiten Werts der Vergleichsgröße anhand des erfassten Lenkradeinschlags; und
- e) Beurteilen der Aufmerksamkeit des Fahrers anhand der Abweichung zwischen erstem und zweitem Wert der Vergleichsgröße.
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Die Vergleichsgröße dient ausschließlich dem Zweck, den erfassten Weg und einen vom Fahrer gelenkten Weg vergleichbar zu machen. Vergleichsgröße kann daher beispielsweise ein Krümmungsradius sein, wobei der erste Wert der in Schritt a) erfasste Krümmungsradius selbst und der zweite Wert ein aus dem in Schritt b) erfassten Lenkradeinschlag resultierender Krümmungsradius ist. Die Vergleichsgröße kann auch ein Lenkradeinschlag sein, wobei dann der erste Wert zweckmäßigerweise ein zum Fahren des in Schratt a) erfassten Krümmungsradius erforderlicher Lenkradeinschlag und der zweite Wert der in Schritt b) erfasste Lenkradeinschlag selbst ist. Vergleichsgröße kann aber auch eine dritte Größe sein, deren erster Wert aus dem in Schritt a) erfassten Krümmungsradius errechenbar ist und deren zweiter Wert aus dem in Schritt b) erfassten Lenkradeinschlag errechenbar ist. Eine solche dritte Größe kann insbesondere eine Lateralbeschleunigung sein, die sowohl aus Krümmungsradius als auch aus Lenkradeinschlag jeweils unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet werden kann.
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Für die Beurteilung der Aufmerksamkeit in Schritt e) kommen unterschiedliche Kriterien in Betracht, die in verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils ausschließlich oder auch in Kombination miteinander zum Einsatz kommen können.
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Im einfachsten Fall kann geringe oder mangelnde Aufmerksamkeit angenommen werden, wenn der Betrag der Abweichung einen Grenzwert übersteigt, wobei beim Durchfahren einer Kurve dieser Grenzwert zweckmäßigerweise in Abhängigkeit vom erfassten Krümmungsradius der Kurve gewählt sein kann.
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Ein anderes mögliches Kriterium ist, wenn beim Durchfahren einer Kurve die Abweichung öfter als zweimal ihr Vorzeichen wechselt. Wenn ein aufmerksamer Fahrer einer Kurve einer Straße folgt, dann kann der von ihm zurückgelegte Weg die Kurve schneiden, d. h. das Fahrzeug nähert sich während des Durchfahrens der Kurve einem inneren Fahrbahnrand der Straße und entfernt sich von diesem wieder, wenn das Ende der Kurve erreicht wird.
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Hierzu muss der Krümmungsradius des vom Fahrzeug zurückgelegten Weges beim Durchfahren eines zentralen Bereichs der Kurve etwas größer als der Krümmungsradius dieses Bereichs sein. Um dies zu ermöglichen, ohne von der Straße abzukommen, muss der Fahrer gegen Anfang und Ende der Kurve stärker einschlagen, als deren dortigem Krümmungsradius entspricht, oder er muss sogar noch vor Eintritt in die Kurve das Lenkrad einschlagen. Im einen wie im anderen Falle ist der Krümmungsradius des gefahrenen Weges gegen Anfang und Ende der Kurve jeweils lokal kleiner als der der Straße. Zwei Vorzeichenwechsel der Abweichung können daher auch bei einem aufmerksamen Fahrer als normal angesehen werden. Eine höhere Zahl von Vorzeichenwechseln ist ein Indiz für Unsicherheit oder Unaufmerksamkeit.
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Ein anderes Indiz für Unaufmerksamkeit ist, wenn der erfasste Lenkradeinschlag einem kleineren als dem kleinsten erfassten Krümmungsradius der Kurve entspricht, der Fahrer also das Lenkrad stärker einschlägt, als selbst an der engsten Stelle der Kurve erforderlich ist.
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Die Erfassung des Krümmungsradius kann auf von einer Kamera gelieferten Bildern der vordem Fahrzeug liegenden Straße basieren.
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In diesem Fall kann in Schritt a) der vor dem Fahrzeug liegende Weg in einem wenigstens lokal gleichbleibenden Abstand von einer – aus den Bildern der Kamera erkennbaren – Begrenzung der Straße angenommen werden. Dies entspricht der Annahme, dass der Fahrer die Kurve ohne Schneiden durchfährt.
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Alternativ kann die Erfassung des Krümmungsradius auf Kartendaten einer von dem Fahrzeug befahrenen Straße basieren.
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In diesem Fall kann der Krümmungsradius des Wegs gleich dem Krümmungsradius der Straße am jeweiligen Ort des Fahrzeugs angenommen werden.
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Realistischer ist allerdings, dass, wenn die Straße eine Kurve aufweist, der in Schritt a) erfasste Weg diese Kurve schneidet.
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Vorzugsweise wird anhand der Abweichung zwischen erstem und zweitem Wert beim Durchfahren wenigstens einer Kurve die Neigung des Fahrers zum Kurvenschneiden beurteilt, und diese Neigung wird beim Durchfahren einer weiteren Kurve bei der Erfassung des Wegs in Schritt a) berücksichtigt.
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Abweichungen zwischen erstem und zweitem. Wert können bei der Beurteilung der Fahreraufmerksamkeit unberücksichtigt bleiben, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder der Krümmungsradius unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt, d. h. insbesondere wenn das Fahrzeug langsam rangiert oder wenn der Krümmungsradius, z. B. auf einer Autobahn, so groß ist, dass der Fahrer die Kurve nicht in ihrer Gänze übersieht und sie daher auch bei voller Aufmerksamkeit nicht ohne wiederholte Lenkkorrekturen durchfahren kann.
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Erfindungsgegenstand ist ferner ein Computerprogramm-Produkt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 eine typische Anwendungssituation des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Draufsicht;
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2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems zur Beurteilung der Fahreraufmerksamkeit;
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3 Graphen der Krümmung der Kurve aus 1 und der Bahn des sie durchfahrenden Fahrzeugs als Funktion der Wegstrecke;
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4 ein zu 3 analoges Diagramm, mit einem Graphen, der die Krümmung der Bahn des Fahrzeugs beim Schneiden der Kurve zeigt;
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5 in einer zu 1 analogen Draufsicht die Bahn des Fahrzeugs beim Schneiden der Kurve; und
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6 ein zur 3 und 4 analoges Diagramm mit einem Graphen, der die vom erfindungsgemäßen Beurteilungssystem nach Anpassung an die Neigung des Fahrers zum Kurvenschneiden erwartete Krümmung der Bahn des Fahrzeugs zeigt.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das sich auf einer Straße 2 bewegt. Dargestellt ist nur eine Fahrspur der Straße 2, die auf ihrer in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 1 rechten Seite durch eine Fahrbahnrandmarkierung 3 und auf ihrer linken Seite durch einen gestrichelten Mittelstreifen 4 begrenzt ist. Das Kraftfahrzeug 1 ist zu einem Zeitpunkt gezeigt, an dem es sich noch auf einem geradlinigen Abschnitt 5 der Straße 2 bewegt, eine Kurve 6 der Straße allerdings sowohl im Blickfeld des Fahrers des Fahrzeugs 1 als auch einer Kamera 7 liegt, die, um ein ähnliches Blickfeld wie der Fahrer zu haben, vorzugsweise in einem oberen Bereich einer Frontscheibe des Fahrzeugs 1 zwischen dieser und einem Innenrückspiegel angebracht ist.
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Die Kamera 7 ist Teil eines in 2 gezeigten Bordcomputersystems, das programmiert sein kann, um neben der Überwachung der Fahreraufmerksamkeit noch andere Kontroll- und Unterstützungsaufgaben wahrzunehmen. Ein Prozessor 8 des Bordcomputersystems ist mit der Kamera 7 verbunden, um von dieser aufgenommene Bilder der vor dem Fahrzeug 1 liegenden Straße 2 zu empfangen, in diesen Bildern die Ränder 3, 4 des vor dem Fahrzeug 1 liegenden Fahrstreifens der Straße 2 zu identifizieren und anhand des Verlaufs der Ränder 3, 4 die Krümmung der Straße 2 abzuschätzen.
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Ein ebenfalls mit dem Prozessor 8 verbundener Winkelsensor 9 ist an einem Lenkrad 10 des Fahrzeugs 1 oder an einer anderen geeigneten Stelle seines Lenksystems angeordnet, um den Einschlagwinkel des Lenkrads 10 oder der von ihm gelenkten Laufräder des Fahrzeugs 1 zu erfassen. Dieser Einschlagwinkel bestimmt die Krümmung der vom Fahrzeug 1 zurückgelegten Bahn, die nur dann befriedigend mit der erfassten Krümmung der Straße 2 übereinstimmt, wenn der Fahrer beim Lenken genügend aufmerksam ist. Da der Krümmungsradius der Straße 2 und der Einschlagwinkel des Lenkrads 10 nicht unmittelbar miteinander vergleichbar sind, muss wenigstens einer der beiden erfassten Größen umgerechnet werden. Bei Vernachlässigung von auf das Fahrzeug 1 wirkenden Fliehkräften und daraus resultierendem Schlupf besteht zwischen Bahnkrümmung und Einschlagwinkel eine eindeutige Beziehung. Es ist aber auch möglich, bei der Umrechnung des Einschlagwinkels in eine Bahnkrümmung oder der Umrechnung der erfassten Krümmung der Straße 2 in einen Lenkwinkel, der das Fahrzeug 1 exakt dem Straßenverlauf folgen lässt, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den daraus resultierenden Schlupf bzw. eine bekannte Neigung des Fahrzeugs 1 zum Über- und Untersteuern zu berücksichtigen.
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In der Darstellung der 2 ist der Prozessor 8 ferner mit einem Fahrzeugnavigationssystem 11 verbunden. Das Navigationssystem 11 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zwingend erforderlich, es kann allerdings die Kamera 7 ersetzen, indem sein Prozessor 12 in an sich bekannter Weise anhand von über eine Funkschnittstelle 13 empfangener Satellitensignale die aktuelle Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 ermittelt und Meldungen über die nächste vorausliegende Kurve der von dem Fahrzeug 1 befahrenen Straße 2 aus einer in einem Speicher 14 abgelegten digitalen Straßenkarte ermittelt und an den Prozessor 8 meldet.
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Vorzugsweise umfasst das Aufmerksamkeitsbeurteilungssystem sowohl die Kamera 7 als auch das Navigationssystem 11, da beide sich vorteilhaft gegenseitig unterstützen können. Im einfachsten Fall besteht die Unterstützung darin, dass die Kamera 7 Kurven erkennen kann, die aus Maßstabsgründen nicht in der digitalen Straßenkarte enthalten sind, und die digitale Straßenkarte auch dann noch Informationen über die Krümmung einer voraus liegenden Kurve liegen kann, wenn der Kamera 7 dies wegen schlechter Sichtverhältnisse, z. B. Dunkelheit, Nebel oder dergleichen, nicht möglich ist. Denkbar ist aber auch, die vom Navigationssystem 11 gelieferten Informationen zur Verifizierung einer anhand von Kameradaten abgeschätzten Krümmung einzusetzen oder diese Informationen in die Bildauswertung einfließen zu lassen, indem dem Prozessor 8 die Richtung und ein ungefährer Radius der nächsten in den Bildern der Kamera 7 zu identifizierenden Kurve vorgegeben werden. Des weiteren kann das Navigationssystem 11 ergänzende Informationen, insbesondere über die Länge einer zu durchfahrenden Kurve, liefern, wenn diese in den Bildern der Kamera 7 nicht bis zu ihrem Ende sichtbar ist.
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Der Krümmungsradius einer Kurve ist üblicher weise nicht auf deren gesamter Länge konstant. Da ein Fahrer beim Einfahren in die Kurve Zeit benötigt, um die Lenkradposition anzupassen, und sich in dieser Zeit auch der Krümmungsradius der von seinem Fahrzeug verfolgten Bahn kontinuierlich ändert, erleichtert ein Kurvenverlauf, bei dem die Krümmung am Anfang und am Ende der Kurve allmählich zu- bzw. abnimmt und in der Mitte der Kurve ein Maximum aufweist, das Durchfahren der Kurve.
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Der Prozessor 8 kann einen solchen Verlauf berücksichtigen, indem er an ein von der Kamera 7 geliefertes Bild der Kurve 6 einen Modellverlauf, wie in 3 als Graph 15 dargestellt, anpasst, bei dem die Krümmung, ausgedrückt als Kehrwert 1/r des lokalen Krümmungsradius, in einem Anfangsabschnitt der Kurve linear ansteigt, in einem Mittelabschnitt konstant bleibt und in einem Endabschnitt wieder linear abfällt. Ein solches Kurvenmodell hat vier anpassbare Parameter, nämlich die Länge seiner drei Abschnitte und die Krümmung des zentralen Abschnitts.
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Da die Erfassung der Krümmung der Kurve 6, egal ob sie auf Bildern der Kamera 7 oder auf Daten des Navigationssystems 11 basiert, mit einer Unsicherheit behaftet ist, legt der Prozessor 8 ein Toleranzintervall 16 um den Graphen 15 herum fest, in 3 begrenzt durch gestrichelte Graphen 17, 18, innerhalb dessen die Krümmung der Bahn des Fahrzeugs 1 liegen sollte, um als mit der Krümmung der Kurve 6 übereinstimmend beurteilt zu werden.
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Ein fett durchgezogener Graph 19 zeigt einen typischen Verlauf der vom Prozessor 8 aus der Stellung des Lenkrads 10 berechneten Krümmung der Bahn des Fahrzeugs 1 beim Durchfahren der Kurve 6. Das Fahrzeug folgt hier offensichtlich streng dem Verlauf der Kurve 6, entsprechend dem in 1 mit 26 bezeichneten Weg, die aus der Lenkradstellung berechnete Bahnkrümmung verlässt das Toleranzintervall 16 nicht. Nicht signifikante Abweichungen mit wechselnden Vorzeichen zwischen den Graphen 15, 19 im Anfangsabschnitt der Kurve 6, d. h. in dem linear ansteigenden Bereich des Graphen 15, können darauf zurückzuführen sein, dass, wenn der Fahrer am Lenkrad 10 umgreift, er es nicht mit konstanter Geschwindigkeit drehen kann, und sind kein Indiz für mangelnde Aufmerksamkeit.
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Indizien für mangelnde Aufmerksamkeit können sein, wenn an einem beliebigen Ort der Kurve 6 die der Bahn des Fahrzeugs stärker ist als die maximale Krümmung cm des Graphen 17, wie am Beispiel eines Graphenstücks 20 dargestellt, oder wenn die Bahnkrümmung des Fahrzeugs 1 signifikant vom Toleranzintervall 16 abweicht. Ob eine Abweichung signifikant ist, sollte zweckmäßigerweise sowohl von ihrer Stärke als auch von ihrer Dauer abhängen, z. B. kann als Kriterium angenommen werden, dass der Flächeninhalt eines Flächenstücks 22, das einerseits von dem Toleranzintervall 16 und andererseits von einem außerhalb des Toleranzintervalls verlaufenden Graphenabschnitt 21 begrenzt ist, einen Mindestwert überschreiten muss.
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Die Erkennung eines auf mangelnde Aufmerksamkeit hinweisenden Ereignisses kann sofort oder erst, wenn die Häufigkeit solcher Ereignisse einen Grenzwert überschreitet, dazu führen, dass der Prozessor 8 einen Signalgeber 23 betätigt, um den Fahrer zu warnen.
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Ein für viele Fahrer typischer Verlauf der Bahnkrümmung des Fahrzeugs 1 beim Durchfahren der Kurve 6 ist in 4 als Graph 24 den Graphen 15, 17, 18 der 3 überlagert dargestellt. An dem Graphen 24 ist zu erkennen, dass der Fahrer des Fahrzeugs 1 bereits vor dem Eintritt in die Kurve 6 beginnt, das Lenkrad einzuschlagen, dann einen Einschlagwinkel im Wesentlichen konstant aufrecht erhält, dem eine unterhalb des Toleranzintervalls 16 liegende Bahnkrümmung entspricht, und erst kurz nach Verlassen der Kurve 6 wieder zur Geradeausfahrt zurückkehrt. Der Verlauf des Graphen 24 ist typischerweise nicht das Resultat mangelnder Aufmerksamkeit des Fahrers, sondern ergibt sich, wenn der Fahrer die Kurve 6 schneidet, d. h. wenn das Fahrzeug 1 dem in 5 mit 25 bezeichneten Weg folgt, in dessen Verlauf es sich zeitweilig der inneren Begrenzung der Kurve 6, hier dem Mittelstreifen 4, stark nähert. Indem der Prozessor 8 beim Durchfahren mehrerer Kurven den aus Daten der Kamera 7 oder des Navigationssystems 11 abgeschätzten Krümmungsverlauf dieser Kurven, entsprechend dem Graphen 15, mit dem vom Fahrer tatsächlich gelenkten Krümmungsverlauf, entsprechend dem Graphen 24, vergleicht, kann er lernen, die Neigung des Fahrers zum Kurvenschneiden einzuschätzen, und sie bei der Erfassung eines Weges durch eine aktuell vor dem Fahrzeug liegende Kurve berücksichtigen. Ein solches Lernen kann z. B. darin bestehen, dass der Prozessor 8 für die durchfahrenen Kurven einen Ausgleichsfaktor ermittelt, um den jeweils der Krümmungsverlauf 15 der durchfahrenen Kurve vertikal gestaucht und horizontal gespreizt werden muss, um eine optimale Übereinstimmung mit dem tatsächlich gefahrenen Graphen 24 zu erzielen, und dieser – gegebenenfalls über mehrere Kurven gemittelte – Korrekturfaktor auf die Graphen 15, 17, 18 angewandt wird.
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6 zeigt das Ergebnis einer solchen Vorgehensweise. Der ursprünglich für die Kurve 6 ermittelte Graph des Krümmungsverlaufs ist derselbe wie in 3 und 4 und ist wie dort mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Eine vertikale Stauchung und eine horizontale Spreizung des Graphen 15 um den Ausgleichsfaktor von hier z. B. 10% ergibt den Graphen 15' der 6. Eine entsprechende Operation an den Graphen 17, 18 liefert die das Toleranzintervall 16' in 6 begrenzenden Graphen 17', 18'. Der Graph 24 verläuft vollständig innerhalb des Toleranzintervalls 16' und wird daher nicht fälschlich als Hinweis auf mangelnde Aufmerksamkeit angesehen. Tatsächliche Hinweise auf mangelnde Aufmerksamkeit können, wie mit Bezug auf 2 beschrieben, auch hier eine Überschreitung der maximalen Krümmung cm des Graphen 17' oder ein signifikantes Abweichen vom Toleranzintervall 16' sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Straße
- 3
- Randmarkierung
- 4
- Mittelstreifen
- 5
- geradliniger Abschnitt
- 6
- Kurve
- 7
- Kamera
- 8
- Prozessor
- 9
- Winkelsensor
- 10
- Lenkrad
- 11
- Fahrzeug-Navigationssystem
- 12
- Prozessor
- 13
- Funkschnittstelle
- 14
- Speicher
- 15
- Graph
- 16
- Toleranzintervall
- 17
- Graph
- 18
- Graph
- 19
- Graph
- 20
- Graph
- 21
- Graphenabschnitt
- 22
- Flächenstück
- 23
- Signalgeber
- 24
- Graph
- 25
- Weg des Fahrzeugs
- 26
- Weg des Fahrzeugs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008056593 A1 [0003]
- EP 1602558 A2 [0005]
