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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das ein derartiges Verfahren ausführen kann. Ebenso betrifft die Erfindung ein Steuergerät, das das Verfahren zum Unterstützen des Fahrers des Kraftfahrzeugs ausführen kann, sowie ein Kraftfahrzeug, das das Steuergerät umfasst.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass ein Kraftfahrzeug autonom Fahrmanöver durchführen kann. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 030 208 A1 bekannt, dass ein Fahrzeug Standardmanöver durch Abspeichern einer zuvor abgefahrenen Trajektorie selbständig ausführen kann. Dafür muss der Fahrer des Kraftfahrzeugs lediglich ein zuvor gespeichertes Standardmanöver aktivieren. Um Standardfahrmanöver anzubieten, ist es notwendig, dass eine Position des Fahrzeugs ermittelt wird, so dass erkannt werden kann, ob für die aktuelle Position des Fahrzeugs automatische Fahrmanöver vorhanden sind. Mit anderen Worten muss festgestellt werden, ob bereits eine Trajektorie abgefahren wurde, deren Anfangspunkt mit einer aktuellen Position des Fahrzeugs übereinstimmt.
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Gemäß dem Stand der Technik wird die Umgebung der bereits abgefahrenen Trajektorie derart gespeichert, dass aus Umfeldmessungen signifikante Elemente der Umgebung extrahiert werden. Diese werden anschließend in Listenform gespeichert. Somit ist eine sehr speichereffiziente Möglichkeit vorhanden, einen Teilbereich der Umgebung zu erfassen und abzuspeichern. Allerdings ist es nicht möglich, dass anhand dieser Listen kollisionsvermeidende Bremsvorgänge oder Ausweichvorgänge ausgeführt werden. Somit muss das Fahrzeug stets eine ausführliche Erfassung der Umgebung durchführen, wenn ein automatisches Fahrmanöver ausgeführt wird.
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Weiterhin ist aus der
DE 103 31 948 A1 ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das Dokument offenbart, dass ein Fahrmanöver aufgezeichnet werden kann, wobei das Fahrzeug nach dem Aufzeichnen des Fahrmanövers dieses selbstständig abfahren kann. Zum Abfahren des Fahrmanövers ist vorgesehen, dass eine Referenzposition als Startposition definiert wird. Das Fahrzeug kann dann mit Umgebungssensoren ausgestattet werden, um die Referenzposition selbstständig zu erkennen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs umfasst die folgenden Schritte: Zunächst werden Informationen über eine Umgebung des Kraftfahrzeugs gewonnen. Diese Informationen können beispielsweise mittels Erfassen der Umgebung durch Sensoren gewonnen werden. Als Sensoren können bevorzugt Ultraschallsensoren oder bildgebende Sensoren verwendet werden. Die so gewonnenen Informationen werden anschließend mit gespeicherten Umgebungsdaten verglichen, wobei die zu speichernde Umgebung in einzelnen Zellen gespeichert ist. Die einzelnen Zellen sind insbesondere GridTiles. In einem nächsten Schritt wird erkannt, ob für die gewonnenen Informationen eine gespeicherte Zelle als Startzelle für ein gespeichertes automatisches Fahrmanöver in den gespeicherten Umgebungsdaten vorhanden ist. Sollte dies der Fall sein, so wird der Fahrer des Kraftfahrzeugs in einem letzten Schritt darüber informiert, dass ein automatisches Fahrmanöver durchgeführt werden kann. Der Fahrer kann dann mitteilen, ob er die Durchführung des automatischen Fahrmanövers wünscht oder nicht. Dabei ist die Verwendung von GridTiles grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. In der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, dass zum Erkennen einer Position des Fahrzeugs, an der dieses ein automatisches Fahrmanöver durchführen kann, lediglich anhand der Zellen überprüft werden kann. Somit muss insbesondere keine aufwändige Lokalisation, beispielsweise per GPS, durchgeführt werden. Es muss lediglich überprüft werden, ob die erfasste Umgebung in einer als Startzelle gespeicherten Zelle abgebildet ist. Da jede Zelle bevorzugt nur einen begrenzten Bereich des Umfelds des Fahrzeugs abbildet, kann eine derartige Suche sehr ressourcenschonend durchgeführt werden. Dennoch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sicher und zuverlässig erkannt werden, ob für die aktuelle Position des Fahrzeugs ein automatisches Fahrmanöver vorhanden ist. Daher wird die Sicherheit und der Komfort für den Fahrer deutlich erhöht.
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Insbesondere wird das direkte Umfeld der Startposition einer HomeZone-Trajektorie durch eine dedizierte Startkachel im Sinne einer GridTile-Kachel (Startzelle) nachmodelliert. Das Identifizieren und Laden einer HomeZone-Szenarie ist dann bevorzugt durch eine einfache Liste von solchen Startkacheln realisiert. Wird durch die lokalen Umfelddaten eine dieser Startkacheln als „Startpunkt einer HomeZone-Trajektorie“ identifiziert, kann durch das GridTile Verfahren iterativ der Rest des Umfeldmodells von einem Permanentspeicher geladen werden. Dadurch ergeben sich signifikante Geschwindigkeits- und Speichervorteile, aber dennoch ist vorteilhafterweise ein detailliertes Umfeldmodell verfügbar auf dem Bremstrajektorien und/oder Ausweichtrajektorien geplant werden können.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt ist eine Trajektorie des gespeicherten automatischen Fahrmanövers zumindest in einer Zelle gespeichert. Somit kann für eine Navigation während des Ausführens des automatischen Fahrmanövers auf die gespeicherten Zellen zurückgegriffen werden.
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Bevorzugt weist jede Zelle Merkmale auf, anhand derer identifiziert wird, ob die Umgebung des Kraftfahrzeugs in einer der Zellen gespeichert ist. Solche Merkmale können insbesondere Kanten, Formen und/oder Objekte sein. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass anhand der Merkmale festgestellt wird, wie das Kraftfahrzeug relativ zu der jeweiligen Zelle ausgerichtet ist. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr schnelle Erkennung, ob sich das Fahrzeug in einer Umgebung befindet, die durch eine bestimmte Zelle abgebildet wird. Weiterhin kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens festgestellt werden, welche Ausrichtung das Kraftfahrzeug innerhalb der Zelle aufweist. Somit ist eine sehr genaue Navigation innerhalb der einzelnen Zellen möglich.
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Vorteilhafterweise wird dem Fahrer des Kraftfahrzeugs vor der Aufforderung der Bestätigung der Ausführung des automatischen Fahrmanövers ein Umgebungsmodell gezeigt. Das Umgebungsmodell wird bevorzugt aus den gespeicherten Umgebungsdaten generiert. Somit kann der Fahrer erkennen, dass sein Kraftfahrzeug die aktuelle Umgebung korrekt einschätzt, wodurch der Fahrer seinem Fahrzeug ein größeres Vertrauen für die korrekte Durchführung des automatischen Fahrmanövers geben kann. So kann der Fahrer vorteilhafterweise erkennen, wie sich das Fahrzeug für die Durchführung des automatischen Fahrmanövers bewegen wird, wodurch er sich versichern kann, dass sein Fahrzeug sicher und zuverlässig geführt werden wird. Das Vertrauen des Fahrers wird besonders bevorzugt auch dadurch gestärkt, dass das Umgebungsmodell auch aus solchen gespeicherten Umgebungsdaten generiert wird, die von der aktuellen Position des Fahrzeugs aus durch Sensoren nicht erfasst werden können. Somit kann er sich versichern, dass die aktuelle Situation korrekt erkannt wurde.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Umgebungsmodell, dass dem Fahrer angezeigt wird, zumindest aus denjenigen Zellen erzeugt wird, die bei dem Ausführen des automatischen Fahrmanövers durchfahren werden. Sollte, wie zuvor beschrieben, die Trajektorie des automatischen Fahrmanövers in den Zellen gespeichert sein, so kann dem Fahrer auch die Trajektorie angezeigt werden. Ebenso ist es besonders vorteilhaft möglich, dass dem Fahrer ein Umgebungsmodell gezeigt wird, bei dem auch solche Zellen integriert sind, die benachbart zu den durchfahrenen Zellen lokalisiert sind. Dem Fahrer kann daher ein umfassendes Umgebungsmodell gezeigt werden, so dass das Vertrauen des Fahrers in das Fahrzeug deutlich gesteigert werden kann.
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Vorteilhafterweise wird anhand der gespeicherten Umgebungsdaten eine Fahrzeugreaktion ausgeführt. Solche Fahrzeugreaktionen sind insbesondere kollisionsvermeidende Fahrzeugreaktionen, wie beispielsweise Bremsmanöver oder Lenkmanöver. Da durch das erfindungsgemäße Verfahren eventuelle Hindernisse bereits frühzeitig erkannt werden können, ist es möglich, dass das Fahrzeug Hindernissen ausweicht, die mittels Sensoren des Fahrzeugs noch nicht erfasst werden können. Daher kann eine optimale Trajektorie geplant werden.
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Vorteilhafterweise geschieht eine Speicherung des automatischen Fahrmanövers und/oder der gespeicherten Umgebungsdaten derart, dass eine vorgegebene Trajektorie initial abgefahren wird. Diejenige Zelle, die einen Ausgangspunkt der Trajektorie darstellt, in der also ein Anfangspunkt der Trajektorie liegt, wird als Startzelle gespeichert. Durch das Abfahren der vorgegebenen Trajektorie kann die durchgeführte Bewegung gespeichert werden, so dass beim Durchführen des automatischen Fahrmanövers dieselbe Bewegung oder eine leicht abgewandelte Bewegung erneut durchgeführt wird. Die Speicherung der Umgebung erfolgt bevorzugt mittels einzelner Zellen, so dass ein minimaler Speicherplatz für die Umgebungsdaten benötigt wird. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dass jede Zelle nur geringe Abmaße aufweist, so dass die gesamten Umgebungsdaten aus mehreren Zellen bestehen, wobei stets eine neue Zelle hinzugefügt wird, wenn sich das Fahrzeug in einem Bereich bewegt, der bisher von keiner Zelle abgedeckt ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens aufweist. Die Durchführung des Verfahrens findet statt, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Als Computer ist hier insbesondere auch ein Steuergerät eines Fahrzeugs anzusehen.
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Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, das eine Steuervorrichtung umfasst. Die Steuervorrichtung ist mit weiteren Komponenten des Fahrzeugs verbunden, so dass das Steuergerät bevorzugt eine Bewegung des Kraftfahrzeugs veranlassen kann. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuervorrichtung mit Sensoren des Fahrzeugs verbunden ist, so dass das erfindungsgemäße Steuergerät eine Umgebung des Kraftfahrzeugs erfassen kann. Schließlich ist die Steuervorrichtung derart eingerichtet, dass diese das vorgenannte erfindungsgemäße Verfahren durchführt.
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Zuletzt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das das oben genannte Steuergerät umfasst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
- 1 eine schematische Darstellung der gespeicherten Umgebungsdaten, wie sie in einem Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden, und
- 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Zunächst wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei ist vorgesehen, durch die Verwendung multipler Startkacheln eine HomeZone-Funktion mit einem deutlich detaillierteren abgespeichertem Umfeldmodell zu realisieren. Dabei wird für jede eingefahrene HomeZone-Trajektorie ein Umfeldmodell mit durch GridTiles realisierte Zellen angelegt, wobei eine dedizierte Startkachel als Startzelle das direkte Umfeld der Startposition (Anfangspunkt) der HomeZone-Trajektorie modelliert.
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Während des initialen Abfahrens, d.h. dem Einlernvorgang, der HomeZone-Trajektorie wird ein GridTile Umfeldmodell aufgebaut und gemeinsam mit der Trajektorie beim Beenden des Einlernvorganges auf einen Permanentspeicher geschrieben. Die dedizierte Startkachel, die über ihre Nachbarschaftsbeziehungen mit dem Rest des Umfeldmodells verbunden ist, wird zusätzlich in einer seperaten Liste gespeichert. In dieser Liste sind alle dedizierten Startkacheln für alle dem Fahrzeug zugehörigen, eingelernten HomeZone-Szenarien gespeichert.
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Für das Identifizieren einer HomeZone-Szenarie muss nunmehr nur diese endliche Liste mit den derzeit verfügbaren lokalen Umfelddaten abgeglichen werden. Wird eine dieser dedizierten Startkacheln durch lokale Umfelddaten „wiedererkannt“, so kann diese über die ihr inerten Nachbarschaftsbeziehungen das auf dem im Fahrzeug verfügbaren Permanentspeicher, im GridTile-Format abgelegten, Umfeldmodell iterativ, inklusive der zugehörigen HomeZone-Trajektorie, laden.
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Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der großen Recheneffizienz und Speichereffizienz, da nur ein kleines Umfeldmodell in Form von einer einzelnen GridTile-Kachel mit den lokalen Messdaten abgeglichen werden muss. Dennoch kann über eine solche Realisierung ein Umfeldmodell von einem derart hohen Detaillierungsgrad geladen werden, dass darauf kollisionsverhindernde Brems- oder Reaktionsmanöver planbar sind. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass durch die Abbildung des Umfeldmodells in einer Mensch-Maschine-Schnittstelle bei dem Nutzer ein größeres Vertrauen in das HomeZone-System erzeugt werden kann, da er eindeutig sieht, dass das System das Szenario korrekt erkannt hat. Hierzu werden in eine entsprechende Mensch-Maschine-Schnittstelle gleichzeitig die HomeZone Trajektorie und das geladene Umfeldmodell eingezeichnet. Insbesondere wird das Vertrauen des Fahrers dadurch gestärkt, dass die Grid-Tiles auch Informationen der statischen Umgebung beinhalten, die mittels onboard-Sensorik zum aktuellen Zeitpunkt der HomeZone-Anforderung nicht erfasst und dargestellt werden können.
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Weitere Details des Ausführungsbeispiels sind:
- - Es ist vorteilhaft vorgesehen, zusätzlich zu den reinen Umfelddaten auf den dedizierten Startkacheln Umgebungsfeatures zu speichern. Diese können eine erneute Redetektion beschleunigen und dadurch die Lokalisierung vereinfachen. Die Kombination aus rohen Umfelddaten und Features ermöglicht hier einen großen Leistungszuwachs
- - Zusätzlich ist eine Repositionierung aufgrund des virtuellen Betretens einer neuen Kachel implementierbar. Dadurch wird eine genauere Zielführung erreicht.
- - Kombiniert werden können diese beiden Ideen, wenn auch auf den Folgekacheln, als nicht nur der Startkachel, Umgebungsfeatures zur Lokalisierung abgelegt werden.
- - Einer besonderen Eindeutigkeit bedürfen die Features auf der Startkachel, da die HomeZone-Funktion nur an ihrer tatsächlich zugeordneten Position verfügbar sein soll. Die Features auf den Folgekacheln können einfacher sein. So reichen hier beispielsweise Wandelemente um ein Ausrichten zu ermöglichen, wohingegen ein einzelnes Wandelement für die Startpositionsbestimmung nicht eindeutig genug ist. Erfindungsgemäß können sich demnach Art und Anzahl an Lokalisierungsfeatures und/oder Stützfeatures auf der Start- und den Folgekacheln unterscheiden.
- - Die HomeZone-Trajektorie kann erfindungsgemäß in Teilstücke unterteilt auf den einzelnen zugehörigen Kacheln abgelegt werden. Dadurch können sich Speichervorteile und/oder Lokalisierungsvorteile ergeben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung von gespeicherten Umgebungsdaten. Dabei sind die Daten in einzelnen Zellen 2 gespeichert, so dass die gespeicherten Umgebungsdaten sehr kompakt bleiben und damit wenig Speicherplatz benötigen. Weiterhin ist eine Startzelle 1 vorhanden, die identisch zu den Zellen 2 aufgebaut ist, die jedoch zusätzlich als Startzelle identifizierbar ist. Die Startzelle 1 zeichnet sich dadurch aus, dass ein Anfangspunkt 31 einer Trajektorie 3 innerhalb der Startzelle 1 liegt, wobei die Trajektorie 3 ein Durchführen eines automatischen Fahrmanövers ermöglicht. Das automatische Fahrmanöver wird derart durchgeführt, dass ein zu führendes Fahrzeug 10 (vergleiche 2) entlang der Trajektorie 3 von dem Anfangspunkt 31 zu einem Endpunkt 32 geführt wird. Dabei sind dem Fahrzeug 10 auftretende Hindernisse 4 bereits bekannt, da diese innerhalb der Zellen 2 gespeichert sind. Die Hindernisse 4 dienen ebenfalls zum Erkennen einer Ausrichtung des Fahrzeugs 10 relativ zu den Zellen 2.
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In der Startzelle 1 ist ebenfalls ein Hindernis 5 vorhanden, anhand dessen identifiziert wird, ob die aktuelle Umgebung des Fahrzeugs 10 durch die Startzelle 1 repräsentiert wird. Sollte dies der Fall sein, so wird dem Fahrer mitgeteilt, dass sich sein Fahrzeug an einer Position befindet, an der die Durchführung eines automatischen Fahrmanövers mit der Trajektorie 3 möglich ist.
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Sollte sich das Fahrzeug 10 innerhalb eines vordefinierten Bereichs rund um den Startpunkt 31 befinden, so wird dem Fahrer des Fahrzeugs das aus Startzelle 1 und den Zellen 2 bestehende Umgebungsmodell angezeigt. Somit kann dieser erkennen, dass ein automatisches Fahrmanöver möglich ist, mit dem das Fahrzeug 10 vom Anfangspunkt 31 entlang der Trajektorie 3 zum Endpunkt 32 gebracht wird. Daher kann sich der Fahrer versichern, dass die aktuelle Umgebung korrekt erkannt wurde und das Fahrzeug sicher und zuverlässig zu dem Endpunkt 32 geführt werden wird. Somit kann er dem Fahrzeug bei der Durchführung des automatischen Fahrmanövers ein sehr großes Vertrauen schenken.
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Kollisionsvermeidende Eingriffe in die Bewegung des Fahrzeugs können anhand der gespeicherten Hindernisse 4 durchgeführt werden. Da die Hindernisse 4 bereits bekannt sind, obwohl sich das Fahrzeug an einer Position befindet, an der es mit seinen Sensoren die Hindernisse 4 nicht oder nur bedingt detektieren kann, sind kollisionsvermeidende Bewegungen bereits sehr früh planbar, so dass eine optimale Trajektorie 3 abgefahren werden kann.
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Um die Startzelle 1 eindeutig identifizieren zu können, ist vorgesehen, dass diese detaillierte Merkmale aufweist, anhand derer die Startzelle 1 eindeutig identifizierbar ist. Nur so ist sichergestellt, dass das Fahrzeug 10 die in der Startzelle 1 abgebildete Umgebung sicher und zuverlässig erkennt. Dieser Detaillierungsgrad wird jedoch für die Zellen 2 nicht benötigt, so dass sich die Art und die Anzahl der Merkmale der Zellen 2 von denjenigen der Startzelle 1 unterscheidet.
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2 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Steuergerät 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Steuergerät 30 ist mit mehreren Komponenten des Fahrzeugs 10 verbunden, unter anderem mit vier Sensoren 20. Mittels der Sensoren 20 ist es dem Steuergerät 30 möglich, dass eine Umgebung 40 des Fahrzeugs 10 abgetastet wird. Über eine Kommunikationsleitung 50 ist das Steuergerät 30 weiterhin mit anderen Komponenten des Fahrzeugs 10 verbunden, so dass das Steuergerät 30 insbesondere Fahrbewegungen des Fahrzeugs 10 steuern kann. Daher kann das Steuergerät 30 direkt auf eine Bewegung des Fahrzeugs 10 einwirken.
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Das Steuergerät 30 ist eingerichtet, das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Dazu verwendet das Steuergerät die Sensoren 20 und/oder wirkt über die Kommunikationsleitung 50 auf das Fahrzeug 10 ein, um eine Bewegung des Fahrzeugs 10 zu beeinflussen.
