DE102014204107A1 - Verfahren zur Verkehrsraumprognose - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Prognose eines für ein Ego-Fahrzeug (1) verfügbaren Verkehrsraums umfasst folgende Schritte: – Mindestens zwei Fremdfahrzeuge (2, 3) werden erfasst, – Zustände der Fremdfahrzeuge (2, 3) werden kategorisiert, – Bewegungen der Fremdfahrzeuge (2, 3) werden prognostiziert, – im Fall der Prognose einer Kollision der Fremdfahrzeuge (2, 3) wird eine vom Ego-Fahrzeug (1) zu meidende Sperrfläche (SP) ermittelt, welche von der Kategorisierung der Fremdfahrzeuge (2, 3) abhängt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prognose eines für ein Fahrzeug verfügbaren Verkehrsraums. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Durchführung eines solchen Prognoseverfahrens.
- Aus der
DE 10 2012 006 986 A1 ist ein Verfahren zur Verkehrsraumprognose bekannt, welches insbesondere bei autonomen Fahrzeugen, aber auch bei einem von einem menschlichen Fahrer gesteuerten Fahrzeug anwendbar sein soll. Das Fahrzeug, welches das Verfahren zur Verkehrsraumprognose anwendet, wird in jedem Fall als Ego-Fahrzeug bezeichnet. Zur Unterscheidung von diesem Fahrzeug werden weitere Fahrzeuge, welche denselben Verkehrsraum nutzen, als Fremdfahrzeuge bezeichnet. Im Rahmen des Verfahrens werden die Bewegungen der Fremdfahrzeuge prognostiziert und Voraussagen zu einer möglichen Interferenz zwischen den prognostizierten Bewegungen getroffen, welche darauf schließen lassen, dass ein Ausweichmanöver eines Fremdfahrzeugs bevorsteht. Ein Ausweichmanöver wird als Abweichung von der prognostizierten Bewegung betrachtet und führt zur Definition von Sperrzonen, welche innerhalb des Verkehrsraums nicht für das Ego-Fahrzeug zur Verfügung stehen. Im Rahmen des Verkehrsraumprognoseverfahrens kann vorgesehen sein, dass der Fahrer des Ego-Fahrzeugs einen Hinweis, beispielsweise in Form eines akustischen Warnsignals, zum verfügbaren Verkehrsraum erhält. Handelt es sich beim Ego-Fahrzeug um ein autonomes Fahrzeug, so kann auch ein Eingriff in dessen Lenkung und/oder Geschwindigkeitssteuerung vorgesehen sein. - Die
DE 102 44 205 A1 offenbart ein Verfahren zur Verhinderung der Kollision von Fahrzeugen, bei welchem aus einem Vorfahrtmissachtungsmaß und einem Kollisionsgefährdungsmaß eine Gefährdungsstufe ermittelt wird. Je nach ermittelter Gefährdungsstufe können verschiedene Schritte zur Verringerung einer Kollisionsgefahr eingeleitet werden. Die Schritte können insbesondere Eingriffe in die Bremssteuerung des Fahrzeugs umfassen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verkehrsraumüberwachung gegenüber dem genannten Stand der Technik hinsichtlich spezifischer Reaktionsmöglichkeiten auf unterschiedliche Verkehrssituationen weiterzuentwickeln.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Prognose eines verfügbaren Verkehrsraums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein zur Durchführung eines solchen Prognoseverfahrens ausgebildetes System gemäß Anspruch 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das System zur Verkehrsraumprognose, und umgekehrt.
- Das Verfahren geht von einer Verkehrssituation mit mindestens drei Fahrzeugen aus. Hierbei handelt es sich um das als Ego-Fahrzeug bezeichnete Fahrzeug, welches die Verkehrsraumprognose durchführt, sowie um mindestens zwei weitere Fahrzeuge, auch als Fremdfahrzeuge bezeichnet. Die technische Ausrüstung, mit welcher das Verfahren durchgeführt wird, befindet sich zumindest zum Teil, vorzugsweise vollständig, im oder am Ego-Fahrzeug. Das System zur Verkehrsraumprognose stellt also ein fahrzeugbasiertes System dar. Beim Ego-Fahrzeug handelt es sich um ein motorisiertes, ein- oder mehrspuriges Fahrzeug. Die Fremdfahrzeuge können beliebige, motorisierte oder nicht motorisierte Fahrzeuge sein.
- Den ersten Schritt des Verfahrens zur Verkehrsraumprognose stellt die Erfassung von mindestens zwei Fremdfahrzeugen durch die fahrzeugbasierte Sensorik des Ego-Fahrzeugs dar. Die Sensorik des Ego-Fahrzeugs kann hierbei auf beliebige physikalische Prinzipien gestützt sein. Beispielhaft sind optische Systeme, Radar- sowie Lidar-Systeme zu nennen. Für Sensorik im Nahbereich kommen auch ultraschallgestützte Systeme in Betracht. Wesentlich für die weitere Durchführung des Verfahrens ist die Kategorisierung von Zuständen der Fremdfahrzeuge durch das fahrzeugbasierte Prognosesystem. Unter einem Zustand eines Fahrzeugs wird sowohl dessen Bewegungszustand als auch dessen Bauart verstanden. In einfachen Ausgestaltungen des Verfahrens bezieht sich die Kategorisierung entweder ausschließlich auf den Bewegungszustand der Fremdfahrzeuge oder ausschließlich auf die Bauart der Fremdfahrzeuge. In verfeinerten Varianten des Prognoseverfahrens werden sowohl der Bewegungszustand als auch die Art eines Fremdfahrzeugs in dessen jeweilige Kategorisierung einbezogen.
- In allen Fällen werden Bewegungen der Fremdfahrzeuge prognostiziert, wobei im Fall der Prognose einer Kollision zwischen den Fremdfahrzeugen eine vom Ego-Fahrzeug zu meidende Sperrfläche ermittelt wird. Die Geometrie dieser Sperrfläche hängt von der Kategorisierung der Fremdfahrzeuge ab.
- Bestimmten Kategorien von Zuständen der Fremdfahrzeuge sind in vorteilhafter Weise unterschiedliche Typen von Crash-Szenarien zuordenbar. Unterschiedliche Crash-Szenarien können beispielsweise hinsichtlich des Winkels, unter welchem die prognostizierten Trajektorien der beiden Fremdfahrzeuge aufeinander treffen, voneinander unterschieden werden. Zur Definition unterschiedlicher Crash-Szenarien können auch verschiedene Kategorien von Fahrzeugarten gebildet werden, welche sich beispielsweise hinsichtlich der Fahrzeugmasse und/oder Fahrzeugabmessungen voneinander unterscheiden.
- Als Crash-Szenario I ist beispielsweise eine Kollision zwischen zwei Fremdfahrzeugen definiert, welche sich seitlich berühren, das heißt im Wesentlichen in dieselbe Richtung fahren, und nur eine geringe Differenzgeschwindigkeit zueinander aufweisen. Bei dieser Art von Kollision ist anzunehmen, dass sich die beiden an der Kollision beteiligten Fremdfahrzeuge im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Fahrtrichtung weiter bewegen, ohne ins Schleudern zu geraten. Durch den Zusammenstoß selbst und/oder durch reflexartige Reaktionen der beteiligten Fahrer der Fremdfahrzeuge ist jedoch auch eine deutliche Seitwärtskomponente der Bewegungsrichtungen der Fremdfahrzeuge nach der Kollision zu erwarten. Je nach den Parametern der Kollision, insbesondere den Absolut- und Differenzgeschwindigkeiten, kann es für den Fahrer des Ego-Fahrzeugs am sinnvollsten sein, eine Verkehrsfläche zu nutzen, welche deutlich abseits der von den Fremdfahrzeugen genutzten Verkehrsfläche liegt, oder gezielt denjenigen Bereich der Verkehrsfläche anzusteuern, in welchem die Kollision stattfindet, da sich die Fremdfahrzeuge voraussichtlich sehr schnell seitlich aus diesem Bereich entfernen werden. Die jeweils vom Fahrer des Ego-Fahrzeugs zu meidenden Verkehrsflächen werden als Sperrflächen bezeichnet.
- Ein zweites Crash-Szenario, welches typische Unterschiede zum Crash-Szenario I aufweist, betrifft beispielsweise einen Zusammenstoß zwischen einem ersten, relativ leichten Fahrzeug, nämlich Personenkraftwagen, und einem zweiten, um ein mehrfach schwereres Fahrzeug, nämlich LKW, welches ursprünglich wesentlich langsamer als das erste Fremdfahrzeug, das heißt der PKW, fährt. Weiter sei beim Crash-Szenario II ein deutlicher seitlicher Versatz der beiden Fremdfahrzeuge zueinander gegeben, sodass der PKW als erstes Fremdfahrzeug nur mit einem Teil seiner Front auf den vor ihm in derselben Richtung fahrenden LKW auftrifft. Im Unterschied zum Crash-Szenario I ist in diesem Fall davon auszugehen, dass der PKW durch die Kollision sofort ins Schleudern gerät, schnell Geschwindigkeit abbaut, und sich hierbei stark zur Seite, bezogen auf die ursprüngliche Fahrtrichtung, bewegt. Die Folge ist eine Sperrzone, welche wesentlich größer als die Sperrzone im Fall des ersten Crash-Szenarios ist.
- In bevorzugter Ausbildung überprüft das System weiterhin, ob im Fall der Prognose einer Kollision der Fremdfahrzeuge sich in Folge dieser Kollision eine freie Fahrtrasse für das Ego-Fahrzeug im Bereich der aktuellen Fahrtrassen der Fremdfahrzeuge ergeben wird. Dies beruht auf der Überlegung, dass bei einigen ausgewählten Crash-Szenarien durch die Kollision selbst die Fahrzeuge einen starken Impuls zu gegenüberliegenden Seiten erlangen und dadurch zwischen sich einen Raum freigeben, der unter Umständen eine freie Fahrtrasse für das Ego-Fahrzeug bietet. In diesem Fall werden also die Crash-Parameter in geeigneter Weise überprüft und ausgewertet.
- Weiterhin wird in bevorzugter Ausgestaltung eine Risikoabschätzung für unterschiedliche Optionen, insbesondere für unterschiedliche Fahrtrassen für das Ego-Fahrzeug vorgenommen und insbesondere die mit dem geringsten Risikopotential für das Ego-Fahrzeug ausgewählt und für den Fahrzeugführer vorgeschlagen oder automatisch eingenommen.
- Grundsätzlich können in den unterschiedlichen Crash-Szenarien durch die Ermittlung der Sperrzonen und freier Fahrtrassen unterschiedliche Maßnahmen im Ego-Fahrzeug ausgelöst werden. Ist die Gefahr, dass das Ego-Fahrzeug in den Unfall verwickelt wird, relativ gering und die zur Verfügung stehende Reaktionszeit, insbesondere aufgrund eines großen Abstands zum Ort der Kollision zwischen den Fremdfahrzeugen, für den Fahrer des Ego-Fahrzeugs ausreichend lang, so kann eine an den Fahrer des Ego-Fahrzeugs gerichtete optische und/oder akustische Warnung ausreichend sein. Ist dagegen eine hohe Gefahr der Kollision des Ego-Fahrzeugs mit einem der Fremdfahrzeuge gegeben, so kann ein automatischer Eingriff in die Lenkung des Ego-Fahrzeugs vorgesehen sein. Bei höchster Gefahr für das Ego-Fahrzeug können weitere an sich bekannte Maßnahmen automatisch ergriffen werden, wie beispielsweise die selbsttätige Betätigung der Bremsen, das Aufrichten der Sitzlehnen des Ego-Fahrzeugs, das Schließen eines eventuellen Schiebedaches und die Aktivierung von Gurtstraffern.
- Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
-
1 ein erstes, von einem Ego-Fahrzeug aus beobachtetes Kollisionsereignis zwischen zwei Fremdfahrzeugen, -
2 in einer Darstellung analog1 ein zweites Kollisionsereignis, -
3 in einer Tabelle die Kategorisierung verschiedener Crash-Szenarien. - Die
1 veranschaulicht das vorstehend als Crash-Szenario I bezeichnete Kollisionsereignis. Ein Ego-Fahrzeug ist mit1 , zwei Fremdfahrzeuge mit2 ,3 bezeichnet. Die Fahrzeuge1 ,2 ,3 sind auf einer Autobahn4 unterwegs, welche drei Fahrspuren5 ,6 ,7 in derselben Fahrtrichtung aufweist. Hierbei fährt das Ego-Fahrzeug1 auf der linken Spur5 , das erste Fremdfahrzeug2 auf der mittleren Spur6 , und das zweite Fremdfahrzeug3 auf der rechten Fahrspur7 . Das Ego-Fahrzeug1 befindet sich in einigem Abstand, in1 nicht maßstäblich dargestellt, hinter den Fremdfahrzeugen2 ,3 und fährt etwas schneller als die Fremdfahrzeuge2 ,3 . Zwischen den Fremdfahrzeugen2 ,3 ist nur ein geringer Geschwindigkeitsunterschied gegeben. - Bei einer Kollision zwischen den Fremdfahrzeugen
2 ,3 berühren diese sich seitlich über einen Großteil ihrer Länge. Eine nicht dargestellte Sensorik innerhalb des Ego-Fahrzeugs1 , welche insbesondere eine Radar-Sensorik und/oder optische Sensorik umfasst, liefert an eine ebenfalls im Ego-Fahrzeug1 befindliche Auswerteeinheit, die eine weitere Komponente des fahrzeugbasierten Prognosesystems darstellt, Daten, die – ausgehend von der in1 skizzierten Verkehrssituation – auf die kurz bevorstehende Kollision zwischen den Fremdfahrzeugen2 ,3 schließen lassen. Fahrtrichtungen der Fremdfahrzeuge2 ,3 nach der prognostizierten Kollision sind in1 durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Zwischen diesen gestrichelten Pfeilen liegt eine Sperrfläche SP, die vom Ego-Fahrzeug1 zu meiden ist. Wie aus1 hervorgeht, liegt die Sperrfläche SP zunächst, vom Ort der Kollision aus betrachtet, vollständig innerhalb der Fahrspuren6 ,7 . Hat das Ego-Fahrzeug1 einen ausreichenden Geschwindigkeitsüberschuss gegenüber den Fremdfahrzeugen2 ,3 , so ist das Weiterfahren auf der linken Fahrspur5 die beste Maßnahme, um als Fahrer des Ego-Fahrzeugs1 nicht selbst in einen Unfall verwickelt zu werden. Ein entsprechendes Signal wird dem Fahrer innerhalb des Ego-Fahrzeugs1 , beispielsweise in Form eines geradeaus gerichteten Pfeils auf einem Display, angezeigt. Ein Eingriff in die Lenkung, Brems- oder Motorsteuerung des Ego-Fahrzeugs1 ist dabei nicht vorgesehen. - Das in
2 skizzierte Kollisionsereignis entspricht dem vorstehend bereits als Crash-Szenario II bezeichneten Szenario. Es gleicht dem Crash-Szenario I insofern, als das Ego-Fahrzeug1 auf der dreispurigen Autobahn4 hinter den Fremdfahrzeugen2 ,3 auf der linken Fahrspur5 fährt. Im Unterschied zum Crash-Szenario I handelt es sich bei dem zweiten Fremdfahrzeug3 jedoch nicht um einen Personenkraftwagen, sondern um einen Lastkraftwagen. Die Kategorisierung des zweiten Fremdfahrzeugs3 als Lastkraftwagen wird durch das im Ego-Fahrzeug I eingebaute Prognosesystem vorgenommen. Zur Kategorisierung von Fremdfahrzeugen2 ,3 können neben den bereits genannten Sensoren in Einzelfällen, je nach Fahrzeugtypen und Verkehrssituation, auch akustische Sensoren verwendet werden. - In der in
2 skizzierten Verkehrssituation handelt es sich bei dem im Wesentlichen auf der mittleren Fahrspur6 , teils auf der rechten Fahrspur7 fahrenden Fremdfahrzeug2 um einen Personenkraftwagen, welcher weit schneller als das zweite Fremdfahrzeug3 , das heißt der LKW, fährt. Die unvermeidliche, durch das Prognosesystem im Ego-Fahrzeug1 im Voraus erkannte Kollision zwischen den Fremdfahrzeugen2 ,3 führt dazu, dass das erste Fremdfahrzeug2 einen starken Impuls nach links in Richtung zur linken Fahrspur5 erhält. Dies ist in2 durch einen gestrichelten Pfeil, welcher vom ersten Fremdfahrzeug2 ausgeht und die Sperrfläche SP zu einer Seite hin begrenzt, angedeutet. - Im Crash-Szenario II ist nicht nur davon auszugehen, dass das erste Fremdfahrzeug
2 nach der Kollision mit dem zweiten Fremdfahrzeug3 auf die linke Fahrspur5 geschleudert wird, sondern auch davon, dass das erste Fremdfahrzeug2 hierbei rasch Geschwindigkeit verliert. Dementsprechend müssen im Ego-Fahrzeug1 schnellstmöglich Maßnahmen ergriffen werden, um ein Einfahren in die Sperrzone SP zu vermeiden. Diese Maßnahmen können insbesondere einen sofortigen, automatischen Bremseingriff nach dem Erkennen der in2 dargestellten Verkehrssituation, noch vor dem Zusammenstoß zwischen den Fremdfahrzeugen2 ,3 , einschließen. - Wenn infolge der vorliegenden Crash-Parameter beispielsweise bei dem Crash-Szenario I oder dem Crash-Szenario II davon auszugehen ist, dass ein oder beide Fremdfahrzeuge
2 ,3 einen starken Impuls zur Seite erlangen werden, so überprüft und ermittelt gegebenenfalls das System in bevorzugter Ausgestaltung, ob in diesem Fall der Punkt der Kollision und/oder die bisherige Fahrspur6 des Fahrzeuges2 unter Umständen sogar eine mögliche Option als Fahrtrasse also keine Sperrfläche SP für das Egofahrzeug1 ist. In diesem Fall ist also zu erwarten, dass eines oder beide der kollidierenden Fahrzeuge2 ,3 sich zur Seite wegbewegen werden. Wird eine solche Option erkannt, so wird – gegebenenfalls unter Abwägung eines Risikos für andere Optionen für Fahrtrassen – diese dem Fahrzeugführer des Ego-Fahrzeugs1 signalisiert oder die Fahrtrasse automatisch durch das Fahrzeug selbst eingenommen. - In
3 sind beispielhaft einige Möglichkeiten der Einteilung von Crash-Szenarien tabellarisch zusammengefasst. Verschiedene Arten von Fahrzeugkollisionen FK sind dabei in einzelnen Spalten der Tabelle zu finden. Bei einem ersten Typ einer Fahrzeugkollision, in der Tabelle als FK1 bezeichnet, handelt es sich um eine Kollision zwischen zwei PKW´s, wie in1 dargestellt. Ein weiterer Typ einer Fahrzeugkollision, in der Tabelle als FK2 bezeichnet, ist eine Kollision zwischen einem PKW und einem LKW, wie in2 dargestellt. In den einzelnen Zeilen der Tabelle werden Crash-Szenarien danach unterschieden, unter welchem Winkel die an der Kollision beteiligten Fremdfahrzeuge2 ,3 zusammenstoßen. Ein erster Winkelbereich W1 fasst Szenarien zusammen, in welchen die beiden Fremdfahrzeuge2 ,3 ursprünglich in derselben oder nahezu der gleichen Richtung fahren, wie dies sowohl im Beispiel nach1 als auch im Beispiel nach2 der Fall ist. - Dagegen sind unter dem Winkelbereich W2 Kollisionsszenarien zusammengefasst, in welchen die beiden Fremdfahrzeuge
2 ,3 unter einem Winkel, der deutlich größer als Null ist, beispielsweise einem Winkel von 45° bis 90°, zusammenstoßen. Weitere, in den Figuren ebenfalls nicht dargestellte Kollisionsszenarien können beispielsweise Frontalzusammenstöße zwischen gleichartigen oder verschiedenartigen Fremdfahrzeugen2 ,3 betreffen. Die in der Tabelle nach3 beispielhaft aufgeführten Crash-Szenarien sind als C1/1, C1/2, C2/1 und C2/2 bezeichnet, wobei es sich bei den Crash-Szenarien nach den1 und2 um die Crash-Szenarien C1/1 beziehungsweise C1/2 handelt. Bei jedem Crash-Szenario C1/1, C1/2, C2/1 und C2/2 wird im Ego-Fahrzeug1 automatisch eine angepasste Reaktion ausgelöst, welche insbesondere von der Art der beteiligten Fremdfahrzeuge2 ,3 abhängt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ego-Fahrzeug
- 2
- Fremdfahrzeug
- 3
- Fremdfahrzeug
- 4
- Autobahn
- 5
- linke Fahrspur
- 6
- mittlere Fahrspur
- 7
- rechte Fahrspur
- C1/1
- Crash-Szenario
- C1/2
- Crash-Szenario
- C2/1
- Crash-Szenario
- C2/2
- Crash-Szenario
- FK1
- Fahrzeugkollision
- FK2
- Fahrzeugkollision
- SP
- Sperrzone
- W1
- Winkelbereich
- W2
- Winkelbereich
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012006986 A1 [0002]
- DE 10244205 A1 [0003]
Claims (9)
- Verfahren zur Prognose eines für ein Ego-Fahrzeug (
1 ) verfügbaren Verkehrsraums, mit folgenden Schritten: – Mindestens zwei Fremdfahrzeuge (2 ,3 ) werden erfasst, – Zustände der Fremdfahrzeuge (2 ,3 ) werden kategorisiert, – Bewegungen der Fremdfahrzeuge (2 ,3 ) werden prognostiziert, – im Fall der Prognose einer Kollision der Fremdfahrzeuge (2 ,3 ) wird eine vom Ego-Fahrzeug (1 ) zu meidende Sperrfläche (SP) ermittelt, welche von der Kategorisierung der Fremdfahrzeuge (2 ,3 ) abhängt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kategorisierung der Zustände der Fremdfahrzeuge (
2 ,3 ) mit unterschiedlichen Typen von Crash-Szenarien (C1/1, C1/2, C2/1, C2/2) korrespondiert. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Typen von Crash-Szenarien (C1/1, C1/2, C2/1, C2/2) hinsichtlich des Winkels, unter dem Trajektorien der Fremdfahrzeuge (
2 ,3 ) aufeinandertreffen, voneinander unterschieden werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdfahrzeuge (
2 ,3 ) nach Fahrzeugarten kategorisiert werden. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Fremdfahrzeuge (
2 ,3 ) nach Gewichtsklassen kategorisiert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob im Fall der Prognose einer Kollision der Fremdfahrzeuge (
2 ,3 ), sich in Folge der Kollision eine freie Fahrtrasse für das Ego-Fahrzeugs (1 ) im Bereich der aktuellen Fahrtrassen der Fremdfahrzeuge (2 ,3 ) ergeben wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Prognose einer Kollision der Fremdfahrzeuge (
2 ,3 ) ein von deren Kategorisierung abhängiger automatischer Eingriff in die Steuerung des Ego-Fahrzeugs (1 ) erfolgt. - System zur Erfassung und Auswertung von Verkehrssituationen, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.
- System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als fahrzeugbasiertes System ausgebildet ist.
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