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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Gefährdungssituation eines Fahrzeugs anhand von zumindest einem Umfeldsensor und zumindest einem Inertialsensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Inertialsensoren, wie beispielsweise Beschleunigungs- und Drehratensensoren werden seit Jahren zum Erkennen einer Gefährdungssituation eines Fahrzeugs eingesetzt, um bei Vorliegen eines schweren Unfalls entsprechend Sicherheitseinrichtungen, wie Airbags, Gurtstraffer oder dergleichen zu aktivieren.
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Bei diesen klassischen Gefährdungssituationen wird üblicherweise von einem schweren Unfall ausgegangen und sind die Auslöseschwellen für die irreversiblen Maßnahmen entsprechend hoch.
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Zudem werden zunehmend Umfeldsensoren, wie Radar- oder Lidar-Sensoren, aber auch Kamerasysteme eingesetzt, um eine Gefährdungssituation eines Fahrzeugs möglichst noch frühzeitiger zu erkennen, ggfs. sogar einen Unfall durch Eingriffe in die Längs- und Querführung des Fahrzeugs, also bspw. durch Bremsen und Lenken zu reduzieren oder zu vermeiden. Zudem können Signale von Umfeldsensoren und Inertialsensoren miteinander kombiniert, zur gegenseitigen Plausibilisierung und Anpassung der Algorithmen eingesetzt, beispielsweise die Auslöseschwellen von Insassenschutzeinrichtungen herabgesetzt werden, sofern durch die Umfeldsensoren bereits ein drohender Zusammenstoß erkannt wird.
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Die gattungsbildende
DE 10 2011 077 486 B3 beschreibt ein Verfahren zum Erkennen einer Gefährdungssituation eines Fahrzeugs, wobei mit einem Umfeldsensor ein seitliches Umfeld des Fahrzeugs überwacht wird, und wobei ansprechend auf eine bevorstehende Kollision des Fahrzeugs ein Umfeldsignal ausgegeben wird. Zudem wird mit einem beispielsweise als Beschleunigungssensor ausgebildeten Kollisionssensor ein auf eine erfolgte Kollision hindeutende physikalische Größe innerhalb eines Peripheriebereichs des Fahrzeugs erfasst und basierend darauf ein Kollisionssignal ausgegeben. Basierend auf dem Vergleich des Kollisionssignals oder eines von dem Kollisionssignal abgeleiteten Signals wird eine Auslöseentscheidung für ein Insassenschutzmittel getroffen.
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Die
DE 100 49 911 A1 beschreibt ein Verfahren zur Aktivierung von Insassenschutzeinrichtungen in einem Kraftfahrzeug, bei dem basierend auf seitlich im Fahrzeug angeordneten Näherungssensoren bei einem drohenden Seitenaufprall eine Annäherungsgeschwindigkeit an ein Kollisionsobjekt bestimmt wird und, falls die Annäherungsgeschwindigkeit oberhalb eines Schwellenwertes liegt, ein voraussichtlicher Aufprallzeitpunkt auf das Kollisionsobjekt und ein Zeitfenster für eine Auslöseanforderung von Insassenschutzeinrichtungen bestimmt werden. Sofern innerhalb dieses Zeitfensters das Signal des Beschleunigungssensors Schwellenwert, der die Auslöseanforderung plausibilisiert, werden entsprechende Insassenschutzsysteme aktiviert.
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In der
DE 11 2007 000 606 T5 ist ein Verfahren zum Erfassen einer Fahrzeugseitenkollision beschrieben. Dabei wird mit einem Umfeldsensor eine relative Position eines Gegenstands in einem Umkreis eines Fahrzeugs erfasst, und es wird auf Grundlage der relativen Position voraussagt, dass der Gegenstand mit einer Seitenfläche des Fahrzeugs kollidieren wird, wobei ein Beschleunigungssensor basierend auf einen Vergleich mit einem vorbestimmten Schwellenwert den Aufprall auf die Fahrzeugseitenfläche erfasst.
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Im realen Straßenverkehr treten jedoch auch Gefährdungssituationen auf, bei welchen das primäre Ereignis selbst keine unmittelbare Gefahr für die Fahrzeuginsassen darstellt, in deren Folge jedoch der Fahrer eventuell die Kontrolle über das Fahrzeug verlieren kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine solche Situation frühzeitig zu erkennen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass ein seitlicher Anprall an ein Hindernis, also eine Berührung eines Hindernisses an einer Fahrzeugseite bei gleichzeitig grundsätzlich fortgesetzten Fahrt in Fahrtrichtung mit herkömmlichen Seitenaufprallalgorithmen nicht erfasst wird, da im Gegensatz zu einem seitlich auf das Fahrzeug aufprallenden Objekt die Kräfte beim Anprall deutlich geringer sind. Dennoch führt auch ein seitlicher Anprall schon aufgrund der Geräusche und Erschütterungen oft zu Fehl- bzw. Schreckreaktion des Fahrers und einer nachfolgend noch höheren Gefährdungssituation, als der primäre seitliche Anprall selbst. Die Umfeldsensoren ermöglichen jedoch, einen solchen drohenden seitlichen Anprall frühzeitig zu erkennen, beispielsweise durch Erfassung des seitlichen Abstands, eines zu erwartenden Auftreffwinkels und evtl. weiterer Umgebungsinformationen, wie beispielsweise dem Fahrspurverlauf.
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Das Signal des Inertialsensors, insbesondere eines Beschleunigungssensors in Querrichtung und/oder Gierratensensors, wird mit zumindest einem vorgegebenen Schwellwert für einen seitlichen Anprall verglichen und daraus auf einen seitlichen Anprall geschlossen. Dabei ist dieser Schwellwert kleiner als üblicherweise für den Seitenaufprall vorgesehene Werte. So ist für einen seitlichen Anprall also vorzugsweise jeweils ein durch einen unteren und oberen Schwellwert gekennzeichneter Schwellwertbereich vorgegeben und der Schwellwertbereich liegt jeweils unterhalb des für eine Auslösung von Insassenschutzeinrichtungen üblichen Schwellwerts.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Vorgestellt wird also ein Verfahren zur Erkennung eines seitlichen Anpralls, auf Basis dessen beispielsweise dann eine Bewertung der daraus folgenden Kontrollierbarkeit des Fahrzeugs möglich ist. Unter einem seitlichen Anprall wird hier der seitliche Kontakt unter einem spitzen Winkel mit einem stationären oder bewegten Objekt verstanden. Stumpfe Winkel führen meist zu einer hohen Crash-Schwere bzw. einem wesentlichen Geschwindigkeitsabbau und werden bereits durch bestehende Crashdetektionssysteme aus der passiven Sicherheit erkannt.
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Bei einem stationären Objekt handelt es sich vorwiegend um eine Fahrbahnbegrenzung, d.h. Schutzplanke/Leitplanke oder Wand aus Metall oder Beton. Bei einem bewegten Objekt handelt es sich vorwiegend um ein anderes Fahrzeug im mitfließenden Verkehr (PKW, LKW). Ein seitlicher Anprall mit einem bewegten Objekt kommt üblicherweise durch einen Spurwechsel zustande, wenn der Fahrer das Objekt in der Nebenspur übersieht oder Fahrzeug und Objekt gleichzeitig einen Spurwechsel in dieselbe Fahrspur von zwei verschiedenen Seiten durchführen.
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Dieser Anprall unterscheidet sich signifikant von klassischen Front- oder Seitencrashereignissen und wird durch deren Algorithmen nicht berücksichtigt.
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Mit dem vorgestellten Verfahren soll ein solcher Unfalltyp detektiert werden, um beispielweise dann in einem zweiten Schritt eine Bewertung der daraus folgenden Kontrollierbarkeit des Fahrzeugs und/oder der Fahrsituation unmittelbar nach dem Anprall durchzuführen. Mit dieser Erkennung und abhängig von der Situationsbewertung kann daraufhin eine Aktivierung bzw. Adaptierung von aktiven Sicherheitssystemen (z.B. Spurhaltung, automatische Bremsung, Stabilitätsfunktionen (ESC)) und/oder passiven Insassenschutzsystemen (z.B. elektrische Gurtstraffer, Seitenairbags), mit dem Ziel der Erhöhung der Kontrollierbarkeit der Fahrsituation und/oder dem Schutz der Insassen, durchgeführt werden. Darüber hinaus können auch Funktionen zur Warnung/Information des Umfelds erfolgen, wie Aktivierung von Warnblinker, Hupe, Absetzen eines eCalls.
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Dabei wird die Erkennung des Unfalltyps und vorzugsweise auch die Bewertung der Kontrollierbarkeit des Fahrzeugs und/oder der Fahrsituation während bzw. direkt nach dem seitlichen Anprall durchgeführt, basierend auf Crash- , Chassis- , Positionbestimmungs- und/oder Umfeldsensorinformationen bzw. deren (modellbasierte) Fusion. Als Umfeldsensoren kommen dabei Frontradar, Seiten-/Heckradar, Frontkamera (mono/Stereo), Rückfahrkamera, Topview-Kameras, Lidar als auch Ultraschallsensoren oder deren Kombination in Betracht.
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Für die Inertialsensorik kann auf die klassische Crashsensorik und bzw. oder die Sensorik der Fahrdynamik zurückgegriffen werden. Die Crashsensorik besteht beispielsweise aus High-g-Beschleunigungssensoren zentral oder als Satelliten ausgeführt, High-g Drehratensensoren, Drucksensoren und/oder Körperschallsensoren (CISS).
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Für die Fahrdynamik und Chassis Control sind oft auch verfügbar und hier möglich zu berücksichtigen die low-g Inertialsensorik (Beschleunigung, Drehraten, bis zu 6-Achsen), Raddrehzahlsensorik, Lenkwinkel, als auch die Pedalbetätigung, beispielsweise sofern Sensoren für Pedalwegsensor, Bremslichtschalter oder Drucksensorik, THZ oder dergleichen vorhanden sind.
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Zudem können vorzugsweise auch noch Signale der Positionsbestimmung berücksichtigt werden, wie durch globale Satellitensysteme (GPS, Galileo,...) ggfs. verbessert sogar durch Signale der Inertialsensorik und Informationen über die Umgebung, wie digitale Karten- und Fahrspurinformationen.
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Zur Erkennung/Klassifizierung des seitlichen Anpralls werden folgende Informationen teilweise oder kombiniert ausgewertet bzw. berechnet.
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Einerseits wird einer geometrischer Anprallwinkel auf das Hindernis, beispielsweise die Leitplanke mittels Umfeldsensorik ermittelt, wobei dies beispielweise kamerabasiert erfolgt und diese auch zur Randbebauungserkennung und Erkennung der Fahrbahnmarkierungen genutzt werden und diese Informationen mit berücksichtigt werden, oder aber Frontradar und/oder Seitenradar eingesetzt werden.
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Zudem wird in der bevorzugten Ausgestaltung der Impulsvektor (vx,vy) des Anpralls auf die Leitplanke berechnet, z.B. aus Crash-Sensorik (z.B. high-g: vx - INT{ax}) und Chassis Sensorik (low-g; Drehraten), und mit zumindest einem vorgegebenen Schwellwert für einen seitlichen Anprall verglichen und bei einem entsprechend kleinen/flachen Winkel auf einen seitlichen Anprall geschlossen.
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Es erfolgt beispielsweise auch eine Kontakt-Erkennung und Ermittlung der Crash-Schwere auf Basis von CISS; Beschleunigungs- und/oder Druck-Seitensatelliten: oder einer low-g Inertialsensorik.
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Zudem wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der Geschwindigkeitsabbau während des Leitplankenkontakts bestimmt, z.B. anhand der Integration von Beschleunigungssensor-Signalen und/oder der Auswertung von Raddrehzahlsensorinformationen vor/nach dem Anprall, welcher nicht auf (fahrergetriggerte oder automatisierte) Bremseingriffe zurückzuführen ist.
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Auch die Dauer des Leitplankenkontakts wird bewertet, z.B. basierend auf Vibration erkannt über low-g Inertialsensorik, und/oder Umfeldsensorik, wie Seitenradar, seitlichem Ultraschall , Kamera- oder Radarsignalen und/oder Lenkwinkel des Fahrzeugs und/oder Positionsbestimmung.
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Auch vertikale Vibration bspw. im Falle eines Rand- oder Grünstreifen vor Leitplanke kann über Federwegsenoren und/oder low-g Inertialsensorik (z-Richtung) erkannt werden.
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Zudem erfolgt eine Erkennung des Spurverlassens via Kamera oder satellitengestützter Positionserfassung.
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Die Erkennung erfolgt dabei je nach Sensortyp vor, während und/oder nach dem Anprall.
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So wurde beispielsweise ein Testfahrzeug zur Erkennung eines seitlichen Anpralls ausgestattet mit einer Kamera zur Spurerkennung, einem Seitenradar sowie Seitensatelliten zur Messung von Druck- und/oder Beschleunigung, wobei hier bereits die Auswertung niedriger Ausschläge ggf. anhand der Rohsignale ohne Filter erfolgte.
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Zudem kam als Inertialsensorik eine Standard-ESC-Sensorik mit Erfassung von Querbeschleunigung und Gierrate zum Einsatz und wurde zudem der Lenkwinkelsensor als auch Raddrehzahlsensoren ausgewertet.
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Erkennt die Kamera ein Spurverlassen oder Spurwechsel und das Seitenradar ein seitliches Objekt, sei es stationär oder mitbewegt und Annäherung zu diesem, so wird die time-to-collision als auch vorzugsweise die Wahrscheinlichkeit für den Anprall berechnet, bspw. basierend auf Hypothesen, z.B. Crash 100%, wenn physikalisch trotz kooperativer Aktion von Fahrzeug und Objekt nicht mehr vermeidbar.
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Zeigen nun Seitensatelliten kleine Ausschläge (p und/oder g) und vorzugsweise in einem engen Zeitfenster dazu die low-g ESC Inertialsensoren Ausschläge für Querbeschleunigung und/oder Gierrate, so liegt ein Anprall vor.
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Direkt nach dem vermuteten Anprall wird eine bzw. mehrere plötzliche Lenkaktionen des Fahrers erkannt (starke Lenkradwinkeländerungen) Ein Sprung in der Fahrrichtung bezogen auf die Fahrspuren wird über die Spurerkennung der Kamera bestätigt. Ggf. wird ein Spurverlassen erkannt.
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Anhand der Signale wird ein Maß für die Erkennungssicherheit des seitlichen Anpralls bestimmt. So wird anhand der jeweiligen Qualität der fusionierten Sensorsignale ein Maß gebildet, welches die Güte der Erkennung des seitlichen Anpralls repräsentiert. Mit der Information der Erkennungsgüte können daraufhin verschiedene Eingriffsstufen aktiviert werden (z.B. leichte automatische Bremsung bei niedriger Erkennungsgüte, automatische Vollbremsung bei sehr hoher Erkennungsgüte). Dies ist im Hinblick auf Fehlauslösungen und Funktionaler Sicherheit relevant.
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Als weitere Ergänzung dient eine Geschwindigkeitsschwelle des eigenen Fahrzeugs, welche vor Anprall überschritten sein muß. Damit kann die rein auf passiver Crashsensorik basierende Erkennung des Seitenanpralls sensibler gestaltet werden, ohne dass bestimmte Misuse/NoFire Fälle, die nur in niedrigen Geschwindigkeiten vorkommen (Curb, 30km/h), zu einer Fehlerkennung führen würden.
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Auch für Fusionsansätze die nicht nur auf reiner passiver Crashensorik basieren kann eine solche Geschwindigkeitsschwelle hilfreich zum Ausschluss von Fehlerkennungen bei niedrigen Geschwindigkeiten sein.
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Wurde ein seitlicher Anprall erkannt, können dann auf Basis der Signale der Sensoren auch Parameter für die Kontrollierbarkeit des Fahrzeugs als Folge des seitlichen Anpralls bestimmt und eine Aktivierung von Schutzmaßnahmen entschieden werden, sofern ein vorgegebenes Maß der Kontrollierbarkeit unterschritten wird.
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Zur Bewertung der Kontrollierbarkeit vor, während und nach dem seitlichen Anprall werden beispielsweise folgende Informationen teilweise oder kombiniert ausgewertet/berechnet:
- Zunächst ist der Anprall selbst natürlich ein Ereignis, welches zu einer gewissen Reduzierung der Kontrollierbarkeit führt und aus seitlich gerichtetem Radar (SRR), Frontradar und/oder Mono oder Stereokamera oder einer seitlich gerichteten Kamera oder Rund-Um-Kamerasystem (Top View) erkennbar ist.
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Wie bereits eingangs erläutert, wird der Impulsvektor (vx,vy) des Anpralls auf die Leitplanke z.B. berechnet aus Crash-Sensorik (z.B. high-g) und Chassis Sensorik (low-g; Drehraten). Je größer dieser Impulsvektor ist, desto schwerer kontrollierbar ist die Verkehrssituation noch für den Fahrer.
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Ein weiterer Parameter bzw. Kriterium ist der geometrische Anprallwinkel auf die Leitplanke. Dessen Detektion erfolgt bspw. mittels Umfeldsensorik (Randbebauungserkennung Frontradar und/oder Stereokamera, Seitenradar (SRR); Erkennung der Fahrbahnmarkierungen oder Randbebauung durch Monokamera). Kontrollierbarkeit: Je größer dieser Winkel desto schwerer kontrollierbar ist die Verkehrssituation noch für den Fahrer.
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Eine Fahrerzustandsbewertung basiert auf der Fahrerreaktion, also bspw. ob dieser passiv ist oder aktiv, also bremst, lenkt und versucht, das Fahrzeug abzufangen und wie maßvoll diese Reaktion ausfällt. Große hektische Reaktionen insbesondere an der Lenkung (häufigster Fehler: Verreißen des Lenkrads) sind dabei ebenso als kritisch einzustufen wie eine völlige Passivität. Weitere Parameter aus den vorliegenden Sensoren sind denkbar.
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Jeder der voranstehend genannten Parameter ermöglicht für sich genommen eine Abschätzung, jedoch bildet eine Zusammenschau einer Mehrzahl solcher Parameter ein Gesamtbild und wird vorzugsweise eine Mehrzahl von Parametern erfasst und aus dem jeweiligen Maß der Kontrollierbarkeit ein Gesamtwert für die Kontrollierbarkeit abgeleitet und werden die Reaktionen anhand dieses Gesamtwerts angepasst.
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Sofern ein vorgegebenes Maß der Kontrollierbarkeit unterschritten wird, werden zumindest einzelne Schutzmaßnahmen aktiviert, wobei es je nach Art der erkannten Parameter und/oder Schwere unterschiedliche Maßnahmen gibt.
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Vorzugsweise wird eine automatische Bremsung eingeleitet, welche in Stärke und Rücknahme des Eingriffs aber vom Fahrerverhalten und der Gefährdungssituation abhängig angepasst werden kann.
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Durch radindividuelle Bremseingriffe kann eine Stabilisierung der Fahrtrichtung bewirkt werden. Oder es werden die Regelschwellen eines ESC-Systems angepasst, um eine solche Stabilisierung zu erreichen.
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Zusätzlich wird, insbesondere bei einer Paniklenkreaktion, die Lenkbewegung gedämpft oder durch Gegenmomente in eine vorgegebene Richtung geleitet.
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Dazu wird vorzugsweise der Richtungsverlauf des seitlichen Hindernisses, insbesondere einer Leitplanke erfasst und durch radindividuelle Bremseingriffe und/oder Lenkungseingriffe eine Spurführung parallel zum Richtungsverlauf des seitlichen Hindernisses unterstützt.
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Zudem werden vorzugsweise die Dämpferkennlinien einer adaptiven Fahrwerksdämpfung des Fahrzeugs angepasst, insbesondere die Dämpfung erhöht, um Radlastschwankungen zu reduzieren. Zudem können die Auslöseschwellen von reversiblen und/oder irreversiblen Insassenschutzsystemen angepasst werden, um eine Auslösung möglichst nicht im primären seitlichen Anprall, jedoch eine frühzeitige Auslösung im Falle eines sekundären Unfalls sicherzustellen.
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Zudem kann bei einem seitlichen Anprall die Position des seitlichen Anpralls mittels satellitengestützter Positionserfassung erfasst und durch eine Signalverbindung, also bspw. per Mobilfunktelefon oder sonstiger Car-2-X -Kommunikation, an eine Sammelstelle weitergeleitet werden, um beispielsweise Straßeninstandsetzungsunternehmen einen Auftrag zur Prüfung und ggfs. Ersetzung des jeweiligen Seitenstreifens zuzusenden.