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Gebiet der Technik
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Erfassung von Fahrwegeigenschaften und der Weiterleitung der erfassten Fahrwegeigenschaften an eine Datenbank zur Auswertung und Weiterverbreitung der erfassten Eigenschaften, sowie auf dem Gebiet der Information von Fahrzeugführern über potentielle Gefahrstellen und der Führung autonom oder automatisiert fahrender Fahrzeuge.
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Stand der Technik
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Die Information von Fahrzeugführern über mögliche vorausliegende Gefahrstellen auf Straßen kann für eine Verbesserung der Sicherheit im Straßenverkehr sorgen. Eine bekannte und seit langer Zeit bewährte Methode zur Verbreitung solcher Informationen ist die Durchsage solcher Informationen im Radio, die periodisch oder je nach Dringlichkeit auch sofort nach Bekanntwerden einer Gefahrstelle erfolgen kann. Mittlerweile sind immer mehr Fahrzeuge mit Navigationssystemen ausgestattet, die derartige Informationen auch digital über entsprechende Datenkanäle beziehen und auswerten bzw. anzeigen. Bislang sind die Informationen oft nicht hinreichend zeitnah verfügbar, oder sind nicht spezifisch genug. So wird z.B. nur eine relativ ungenaue Ortsabgabe für eine Gefahrstelle angegeben, oder es erfolgt eine allgemeine Warnung, die möglicherweise nur für bestimmte Fahrzeuge relevant ist.
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Im Zuge der zunehmenden Verbreitung autonomer oder automatisiert fahrender Fahrzeuge ist es besonders wichtig, sehr genaue Daten zu Fahrwegeigenschaften einer zu befahrenden Straße zur Verfügung zu haben.
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Insbesondere die Erkennung von Wasseransammlungen auf Straßenoberflächen auf dem Fahrweg eines Kraftfahrzeugs ist von großer Bedeutung, weil bereits Wasseransammlungen von wenigen Millimetern Tiefe zu Aquaplaning führen können, aber auch weil ein rücksichtsvoller Fahrer eines Fahrzeugs in der Nähe von Fußwegen liegenden Wasseransammlungen ausweichen oder diese nur mit geringer Geschwindigkeit durchqueren wird, um Fußgänger nicht durch Spritzwasser zu durchnässen oder zu beschmutzen.
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Eine über eine bloße Erkennung einer Wasseransammlung hinaus gehende Erkennung der Wassertiefe der Wasseransammlung, also der Dicke des Wasserfilms kann weitere Vorteile bieten, beispielsweise wenn die Wassertiefe so groß ist, dass Fahrzeuge mit geringer Bodenfreiheit Gefahr laufen, durch eindringendes Wasser beschädigt oder funktionsuntüchtig werden. Außerdem kann das Profil des Fahrwegs unterhalb der Oberfläche der Wasseransammlung oft nicht gut eingesehen oder abgeschätzt werden, so dass tiefe Spurrinnen nicht erkannt werden können. Fahrzeuge mit geringer Bodenfreiheit können dann mit dem Unterboden oder unter dem Unterboden befindlichen Fahrzeugteilen in Kontakt mit der zwischen den Spurrinnen liegenden Oberfläche des Fahrwegs geraten, was zu Beschädigungen führen kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren zur präzisen Erfassung von Fahrwegeigenschaften, insbesondere von Wasseransammlungen auf dem Fahrweg, und zur selektiven Verteilung der entsprechenden Informationen an Verkehrsteilnehmer und/oder Verkehrsinfrastrukturelemente anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren bzw. das System, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterentwicklungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Erfassung von Eigenschaften von Wasseransammlungen auf einem Fahrweg. Das System kann ein Computerprogramm umfassen, welches ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung ausführt, und welches auf einem Datenträger gespeichert sein kann. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Fahrzeug mit einem solchen System.
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Das System weist erste Mittel zum Erkennen einer Wasseransammlung und Bestimmen eines Fahrwegprofils und einer Dicke eines Wasserfilms zumindest für einen Bereich des Fahrwegs auf, der die Wasseransammlung einschließt. Das System weist ferner zweite Mittel zum Senden von Daten über das Fahrwegprofil und die Dicke des Wasserfilms an eine Datenbank oder an ein in räumlicher Nähe befindliches zweites Fahrzeug auf.
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Zur Erhebung von Informationen zu Eigenschaften von Wasseransammlungen auf einem Fahrweg in einem den Fahrweg befahrenden ersten Fahrzeug werden die ersten Mittel betrieben, um eine Wasseransammlung zu erkennen, und ein Fahrwegprofil sowie eine Dicke eines Wasserfilms zumindest für einen Bereich, der eine Durchquerung der Wasseransammlung umfasst, zu bestimmen. Der Begriff „Fahrwegprofil“ wird in der vorliegenden Beschreibung für über einen Streckenabschnitt aneinandergereihte Querschnittsprofile des Fahrwegs, quer zur Längsrichtung des Fahrwegs, verwendet, bildet also das Fahrwegprofil in Längs- und Querrichtung zur Fahrtrichtung ab. Der Begriff „Dicke eines Wasserfilms“ kann, je nach der Dicke des Wasserfilms, auch als Tiefe einer Wasseransammlung aufgefasst werden, z.B. als Tiefe einer Wasseransammlung ihn einem Schlagloch. Die Erkennung der Wasseransammlung kann auf konventionellem Weg erfolgen, beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kameras, die mit einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware einen vor dem Fahrzeug liegenden Bereich des Fahrwegs auf das Vorhandensein typischer Merkmale von Wasseransammlungen hin analysieren. Anstelle einer Erkennung von Wasseransammlungen durch Bildanalyse kann jedoch auch das Vorhandensein einer Wasseransammlung vermutet werden, bspw. durch eine Erkennung von Niederschlag einer bestimmten Mindestintensität und eine gegenwärtige Position auf einem Fahrweg, die für die die Bildung von Wasseransammlungen bekannt ist.
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Die Ermittlung der Dicke des Wasserfilms kann bspw. durch Aufzeichnen des unterhalb der Wasseroberfläche liegenden Profils der Fahrbahn bzw. des Fahrwegs (Unterwasserprofil) beim Durchfahren der Wasseransammlung erfolgen. Bei einem Aspekt wird auch der Bereich vor der Wasseransammlung und hinter der Wasseransammlung vermessen, z.B. über jeweils eine Fahrzeuglänge. Der Begriff Fahrweg wird in der vorliegenden Beschreibung für einen Bereich einer Fahrbahn verwendet, der durch ein Fahrzeug im Verlauf einer Fahrt befahren wird. Fahrweg und Fahrbahn können dabei auch synonym verwendet sein, wenn sich aus dem Kontext ihrer jeweiligen Verwendung nichts anderes ergibt.
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Zur Erkennung des Wasserfilms und der Ermittlung seiner Dicke können als erste Mittel bspw. Ultraschall-Sensoren verwendet werden, die unter anderem einen Bereich unterhalb bzw. schräg vor und unterhalb einer Stoßstange eines Fahrzeugs erfassen. Im Bereich vor der Wasseransammlung wird mittels der Ultraschall-Sensoren der Abstand zum festen Untergrund ermittelt, und nach dem Einfahren in die Wasseransammlung wird der Abstand zur Wasseroberfläche ermittelt. Da davon ausgegangen werden kann, dass sich die Höhendifferenz zwischen den Sensoren und der Aufstandsfläche der Reifen, abgesehen von dynamischen Schwankungen, beim Durchfahren der Wasseransammlung im Mittel nicht verändert, kann aus der Differenz zwischen dem Wert auf trockener Fahrbahn und während der Durchfahrt auf eine Wassertiefe geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich können die ersten Mittel optische Sensoren umfassen, die mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen sowohl die Wasseroberfläche als auch den Untergrund unterhalb der Wasseroberfläche erfassen können.
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Je nach Art, Anzahl und Einbaulage sowie Auflösung der von den ersten Mitteln umfassten Sensoren kann außer einem jeweils für die Trajektorie der Räder geltenden Längsprofil auch ein Querprofil für die Wasseransammlung ermittelt werden. So können senkrecht nach unten gerichtete Ultraschall-Sensoren unter Umständen Reflexionen an der Wasseroberfläche und am Untergrund empfangen und daraus eine Wassertiefe bestimmen, ohne eine Differenz zu einem Wert bei trockener Fahrbahn bilden zu müssen. Bei Sensoren, die auch unter Wasser funktionieren, kann eine geeignete Umschaltung der Messempfindlichkeit zwischen einer Messung des Abstands zur Wasseroberfläche und einer Messung unter Wasser erfolgen. Wenn mehrere Sensoren über die Breite des Fahrzeugs angeordnet sind, können auch eine Querneigung des Fahrzeugs und daraus ein Querprofil bestimmt werden. Hierbei wird angenommen, dass die Wasseroberfläche im Wesentlichen waagerecht verläuft. Eine Querneigung des Fahrzeugs kann dann leicht in ein entsprechendes Querprofil des Untergrunds übersetzt werden. Wenn mehrere Sensoren über die Länge des Fahrzeugs angeordnet sind kann, wenn bspw. der ermittelte Abstand zu einer Wasseroberfläche für einen vorne am Fahrzeug angeordneten Sensor abnimmt und der Abstand zum Boden eines hinten am Fahrzeug angebrachten Sensors gleich bleibt oder geringfügig zunimmt, unter Berücksichtigung der Längsneigung des Fahrzeugs ebenfalls eine Information über das Fahrwegprofil gewonnen werden.
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Die zweiten Mittel werden betrieben um Daten, die das Fahrwegprofil und die Dicke des Wasserfilms repräsentieren, an eine fahrzeugexterne Datenbank oder an ein oder mehrere in räumlicher Nähe befindliche zweite Fahrzeuge zu senden. Der Begriff „räumliche Nähe“ umfasst in diesem Zusammenhang einen Radius, der von einer für eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen vorgesehenen drahtlosen Kurzstrecken-Kommunikationsverbindung, auch als Car-to-Car-(C2C) oder Car-to-Infrastructure-(C2I)Kommunikationsverbindung abgedeckt wird. Derartige Kommunikationsverbindungen werden oft auch mit dem Sammelbegriff Car-to-X-(C2X)Kommunikationsverbindungen bezeichnet. Entsprechend kann das Senden an in der räumlichen Nähe befindliche Fahrzeuge über eine C2X-Kommunikationsverbindung erfolgen, entweder direkt zu dem zweiten Fahrzeug oder mittelbar unter Verwendung einer entlang des Fahrwegs vorgesehenen C2I Kurzstrecken-Kommunikations-Infrastruktur. Hierbei kann das Senden an ein sich der Wasseransammlung näherndes Fahrzeug auch so erfolgen, dass die Informationen zunächst an eine Infrastruktureinheit in der Nähe der Wasseransammlung gesendet werden, die sie dann in Reaktion auf ein sich näherndes Fahrzeug oder auf eine entsprechende Anfrage des Fahrzeugs an dieses weitersendet. Mehrere Infrastruktureinheiten können dabei so verbunden sein, dass eine in Fahrtrichtung hinter der Wasseransammlung liegende Infrastruktureinheit Daten zu dem Fahrwegprofil empfängt und an eine in Fahrtrichtung vor der Wasseransammlung liegende Infrastruktureinheit weiterleitet, von wo sie dann an ein sich der Wasseransammlung näherndes Fahrzeug übertragen werden.
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Das Senden an die fahrzeugexterne Datenbank kann über eine Mobilfunkverbindung erfolgen, beispielsweise nach einem oder mehreren der Standards für das Global System for Mobile Communications (GSM), das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) oder dem Long Term Evolution (LTE) Standard. Das Senden an die fahrzeugexterne Datenbank kann aber auch über eine Kurzstrecken-Kommunikation mit einer entlang des Fahrwegs vorgesehenen entsprechenden C2I Kommunikations-Infrastruktur erfolgen, welche die Daten dann über eine entsprechende Backbone-Verbindung an die Datenbank weiterleitet. Entsprechend können die zweiten Mittel eine oder mehrere digitale Datenschnittstellen mit Sendern und/oder Empfängern umfassen, welche zu einem oder mehreren der zuvor genannten Telekommunikationsstandards kompatibel ausgebildet sind und mit anderen Komponenten des Systems, insbesondere den ersten Mitteln, kommunikativ verbunden sind.
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Die ersten Mittel können außerdem eine Datenverarbeitungseinheit umfassen, welche kommunikativ mit der oder den digitalen Datenschnittstellen und Sensoren verbunden ist, und welche die empfangenen Sensordaten analysiert und zu einem Fahrwegprofil zusammenfügt. Die Datenverarbeitungseinheit kann einen Computer umfassen, welcher ein entsprechendes Computerprogramm ausführt, das entsprechende Verfahren zur Erfassung, Analyse und Synthese implementiert.
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Das Fahrwegprofil sowie die Dicke des Wasserfilms werden beispielsweise mit Bezug auf einen Fahrbahnrand oder auf dauerhaft auf oder an dem Fahrweg angebrachte Markierungen erfasst. Markierungen sind beispielsweise Farbmarkierungen für Fahrspuren auf dem Fahrweg, Leitplanken oder Begrenzungspfähle. Die Erfassung kann mittels einer oder mehrerer Kameras erfolgen. So können bspw. für eine Verkehrszeichenerkennung vorgesehene Kameras oder eine Rückfahrkamera zur Erfassung der Markierungen verwendet werden, es ist aber auch denkbar, für eine Einparkhilfe vorgesehene Sensoren zur Erfassung der Position des Fahrzeugs relativ zum Fahrbahnrand zu verwenden, z.B. wenn die Sensoren auch einen Bereich seitlich des Fahrzeugs erfassen und von den Sensoren erfassbare Merkmale des Fahrwegs vorhanden sind, etwa ein höherer Bordstein oder eine Leitplanke. Eine Erfassung mit Bezug auf eine absolute Position auf der Erdoberfläche, beispielsweise durch ein Satellitennavigationssystem, ist selbstverständlich auch möglich, wenn die Position genau genug erfasst werden kann.
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Bei einem Aspekt des Verfahrens wird für die Bestimmung einer Position in der Längsrichtung und/oder eines Abstands zu einem Rand des Fahrwegs zunächst eine Position einer Landmarke, also eines Punkts mit einer nicht oder nur langsam veränderlichen räumlichen Beziehung zu dem Fahrweg bestimmt. Geeignete Landmarken sind bspw. seitliche Begrenzungspfähle, Masten von Straßenlaternen oder Verkehrszeichen, aber auch farbliche Markierungen auf der Oberfläche des Fahrwegs. Ausgehend von der Landmarke wird dann unter Verwendung von Daten eines Streckenzählers, eines Lenkwinkelsensors, eines Geschwindigkeitsmessers und/oder eines Zeitmessers eine Position des Fahrzeugs auf dem Fahrweg bestimmt. Dieser Aspekt kann dann angewendet werden, wenn die Bestimmung der Position in der Längsrichtung und/oder der Abstand zu einem Rand des Fahrwegs mangels geeigneter Markierungen auf der Oberfläche des Fahrwegs nicht anders zu gewährleisten ist. Hierzu geeignete dritte Mittel umfassen Kameras, Ultraschall-Sensoren, Radar- und/oder Lidar-Sensoren, die in einer geeigneten Einbauposition und/oder Ausrichtung im oder am Fahrzeug angeordnet sind. Die dritten Mittel können aber auch ein mit der notwendigen Genauigkeit arbeitendes Satellitennavigationssystem oder ein sonstiges Navigationssystem umfassen.
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Die Erfassung des Fahrwegprofils kann jeweils einen vor und hinter der Wasseransammlung liegenden Streckenabschnitt einschließen, um für einen erwarteten weiteren Anstieg der Dicke des Wasserfilms bereits Fahrwegprofildaten zur Verfügung stellen zu können. Beispielsweise können bestimmte Verformungen der Fahrbahnoberfläche in der Nähe der Wasseransammlung Wasser aufnehmen, das bei der Durchfahrt eines Fahrzeugs durch die Wasseransammlung verdrängt wird, wodurch eine neue, zusätzliche Wasseransammlung entstünde. Die Länge des vor oder hinter der Wasseransammlung zusätzlich erfassten Streckenabschnitts kann von einer Steigung bzw. einem Gefälle des Streckenabschnitts abhängig sein, jeweils in Längs- oder Querrichtung zur Fahrtrichtung, welche die Bildung weiterer Wasseransammlungen beeinflussen, indem sie das Ablaufen des Wassers behindern oder begünstigen können. Vor Beginn der Durchfahrt durch die Wasseransammlung kann eine Abschätzung der Länge der Wasseransammlung durchgeführt werden, also der Strecke des Fahrwegs, die von der Wasseransammlung bedeckt ist, damit sichergestellt ist, dass die Wasseransammlung vollständig erfasst wird. Hierbei können zwei räumlich kurz aufeinanderfolgende Wasseransammlungen, je nach Abstand, für die Erfassung auch zu einer einzigen zusammengefasst werden.
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Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird die Erfassung in Ansprechen auf Signale von in dem ersten Fahrzeug vorgesehenen vierten Mitteln begonnen, die dazu geeignet und eingerichtet sind, Niederschlag zu erkennen, bspw. einem Regensensor. Hierbei kann die durch den Regen- bzw. allgemeinen Umweltsensor erfasste Intensität des Niederschlags berücksichtigt werden und ggf. auch die Dauer des Niederschlags. Die Erfassung kann aber auch durch manuelle Betätigung eines Scheibenwischers ausgelöst werden, wobei eine Betriebsart des Scheibenwischers, beispielsweise eine gewählte Schaltstufe, als auslösendes Ereignis verwendet werden kann. In diesem Fall werden die vierten Mittel durch die Weiterleitung des Steuersignals gebildet.
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Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird die Erfassung in Abhängigkeit von digitalen Straßendaten begonnen, die für einen Streckenabschnitt eine erhöhte Gefahr für Aquaplaning oder ein Straßenprofil anzeigen, welches bei Niederschlag die Bildung von eine bestimmte Dicke überschreitenden Wasserfilmen begünstigt, oder welches eine erhöhte Wahrscheinlichkeit dafür aufweist, dass ein Wasserfilm auch nachdem der Niederschlag aufgehört hat eine Zeit lang bestehen bleibt. Solche Informationen können beispielsweise in Daten eines Navigationssystems oder eines sogenannten e-Horizons vorliegen und für einen gerade befahrenen Streckenabschnitt oder für eine derzeit geplante Route ausgewertet werden. Das Navigationssystem oder der e-Horizon bzw. ein davon ausgehendes entsprechendes Steuersignal stellen dabei fünfte Mittel dar, welche die Inbetriebnahme der ersten, zweiten und/oder dritten Mittel mittelbar oder unmittelbar auslösen.
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Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird eine Umfeldüberwachung zur Erkennung von Wasseransammlungen betrieben, wenn keine Informationen zu Fahrwegsprofilen oder aquaplaninggefährdeten Streckenabschnitten vorliegen. Dazu können konventionelle Verfahren zur Erkennung von Wasseransammlungen auf Straßen verwendet werden.
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Um eine Belastung eines Kommunikationsnetzes oder -mediums zu vermeiden kann vorgesehen sein, dass nicht jedes Fahrzeug, das eine Wasseransammlung durchquert, eine Bestimmung der Dicke des Wasserfilms und des Fahrwegprofils durchführt oder entsprechende Daten an die fahrzeugexterne Datenbank sendet. Hierzu kann bei einem Aspekt der Erfindung vorgesehen sein, dass, wenn ein Fahrzeug diese Messungen durchgeführt und an die Datenbank gesendet hat, eine Infrastruktureinheit nachfolgenden Fahrzeugen, die denselben Fahrweg befahren, einen Zeitpunkt der letzten Messung übermittelt. Eine weitere Messung durch ein jeweiliges Fahrzeug oder eine Meldung der von dem jeweiligen Fahrzeug gemessenen Messwerte an die Datenbank können dann unterbleiben. Die Infrastruktureinheit kann anstelle des Zeitpunktes der letzten Messung auch ein zeitlich unbestimmtes Signal senden, welches signalisiert, dass derzeit keine Datenübertragung für eine bestimmte Wasseransammlung erforderlich ist. Eine Übertragung aktueller Messwerte an andere, in der Nähe befindliche Fahrzeuge wird von dem Signal nicht verhindert.
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Bei einem Aspekt des Verfahrens wird bei Erkennen eines ungewöhnlichen Verlaufs des Fahrwegprofils in räumlichem Bezug zu einer Wasseransammlung, insbesondere eines sich abrupt ändernden Verlaufs, wie er sich beispielsweise durch eine Senkung der Fahrbahn oder einen Kantenabbruch durch Unterspülung ergeben kann, eine gesonderte Warnung an in der Nähe befindliche zweite Fahrzeuge und an die nächste erreichbare Infrastruktureinheit ausgegeben. Diese gesonderte Warnung kann dazu verwendet werden, in den zweiten Fahrzeugen, die denselben Fahrweg befahren, ebenfalls eine detaillierte Vermessung des Fahrwegprofils und der Dicke des Wasserfilms auszulösen. Hierdurch kann auch ein sich schnell veränderndes Fahrwegprofil erfasst werden, so dass auf eine schnelle Veränderung hin besonders zügig Reparatur- und/oder Sicherungsmaßnahmen veranlasst werden können.
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Grundsätzlich kann aus nacheinander von mehreren Fahrzeugen gemessenen und an eine fahrzeugexterne Datenbank übertragenen Fahrwegprofilen und Dicken des Wasserfilms im Bereich einer Wasseransammlung eine Analyse einer Veränderung der Dicke des Wasserfilms und/oder des Fahrwegprofils über die Zeit durchgeführt werden, um aus einem Anstieg oder einer Verringerung der Dicke des Wasserfilms oder einer Veränderung des Fahrwegprofils die Notwendigkeit von Folgeaktionen abzuleiten, wie beispielsweise Ausgeben weiterer Warnungen oder einer Entwarnung, Einleitung von Reparaturmaßnahmen an der Fahrbahndecke oder an Drainagesystemen, Sperrung für bestimmte Fahrzeugtypen und dergleichen.
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Die an eine Infrastruktureinheit weitergeleiteten Informationen zu Wasseransammlungen auf der Fahrbahn können beispielsweise dazu verwendet werden, ein Wechselverkehrszeichen zu aktivieren, das vor einer bestehenden Aquaplaninggefahr warnt. Die Informationen können auch als Grundlage für eine Warnung vor Aquaplaninggefahr für andere Verkehrsteilnehmer in einem größeren Umkreis verwendet werden, ggf. mit einer Umleitungsempfehlung für bestimmte Fahrzeugtypen.
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Die an ein in der Nähe befindliches zweites Fahrzeug gesendeten Informationen zu einer erfassten Wasseransammlung umfassen beispielsweise die größte Dicke des Wasserfilms und den zugehörigen Ort, sowie Informationen über den Verlauf des Fahrwegprofils im Bereich der Wasseransammlung. Diese Informationen können dann unter Berücksichtigung der Eigenschaften des zweiten Fahrzeugs wie z.B. Wattiefe, Bereifung oder Beladungszustand ausgewertet und zur Steuerung des zweiten Fahrzeugs bei der Durchfahrt durch die Wasseransammlung verwendet werden. Beispielsweise kann eine Niveauregulierung entsprechend angesteuert werden, oder die Geschwindigkeit bei der Durchfahrt wird begrenzt, um einen starken Wasserschwall zu verhindern. Bei ausreichender Genauigkeit der Erfassung des Fahrwegprofils kann für ein Fahrzeug auch eine Trajektorie durch eine Wasseransammlung geplant werden, die ohne Kenntnis des Fahrwegprofils nicht zu passieren gewesen wäre, ohne dabei ein hohes Risiko einzugehen.
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Eine entsprechende Vorrichtung zur Spurführung eines Fahrzeugs in einem Straßenabschnitt mit einem Wasserfilm, der eine vorgegebene Dicke überschreitet, umfasst sechste Mittel zum Empfangen von Daten, die ein Fahrbahnprofil sowie eine Dicke des Wasserfilms entlang zumindest einer Richtungsfahrbahn des Straßenabschnitts und quer dazu repräsentieren. Die sechsten Mittel können bspw. für den Betrieb in Übereinstimmung mit den weiter oben genannten Funkstandards geeignete und eingerichtete Sender und Empfänger sein. Die Vorrichtung umfasst außerdem siebte Mittel zum Ermitteln eines Kurses entlang des Straßenabschnitts unter Berücksichtigung einer Wattiefe, einer Spurbreite, eines Radstands, und/oder eines Böschungswinkels des Fahrzeugs, und/oder zum Ermitteln einer maximalen Fahrgeschwindigkeit für den Straßenabschnitt unter Berücksichtigung der Dicke des Wasserfilms entlang des ermittelten Kurses, und/oder eines Reifenprofils des Fahrzeugs. Informationen zum Reifenprofil können dabei die Fähigkeit beschreiben, Wasser zu verdrängen aufgrund einer Profiltiefe oder einer Profilform. Auch eine Laufleistung und ein daraus abgeleiteter Verschleiß des Profils können berücksichtigt werden, ebenso wie Informationen über eine maximal zulässige Schwallhöhe des verdrängten Wassers oder Informationen die anzeigen, ob neben der Fahrbahn ein Fuß- oder Radweg verläuft. Die siebten Mittel können durch einen entsprechend eingerichteten Computer gebildet sein, der Daten und Signale empfängt, verarbeitet und daraus abgeleitete Steuersignale ausgibt, und der mit entsprechenden Speichermitteln kommunikativ verbunden ist. In den Speichermitteln können Informationen zu den zu berücksichtigenden Parametern nicht-flüchtig gespeichert sein. Die Vorrichtung umfasst ferner achte Mittel zur automatischen Spurführung und/oder Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs und/oder zum Anzeigen einer Fahrtrajektorie und/oder einer maximalen Geschwindigkeit. Die achten Mittel können durch entsprechende im Fahrzeug angeordnete Aktuatoren und Anzeigeeinrichtungen herkömmlicher Bauart gebildet sein, die die Spurführung oder Anzeige in Ansprechen auf und/oder unter Kontrolle von Steuersignalen der zweiten Mittel ausführen.
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Das System und/oder die Vorrichtung können auch als aus einem oder mehreren Funktionsblöcken im Sinne einer Funktions-Modul-Architektur gebildet aufgefasst werden. Dabei repräsentieren jeweilige Funktionsblöcke Mittel zur Ausführung entsprechender Funktionen. Die Mittel können auch durch ein oder mehrere, durch ein Computerprogramm zur Durchführung entsprechender Funktionen eingerichtete Computer oder Verarbeitungseinheiten implementiert sein. Die ein oder mehreren Computer oder Verarbeitungseinheiten können ein oder mehrere Mikroprozessoren umfassen, welche mit Arbeitsspeichern und/oder nicht-flüchtigen Speichermitteln sowie anderen Systemkomponenten über ein oder mehrere Datenbusse kommunikativ verbunden sind durch die während der Ausführung von Computerprogramminstruktionen Daten empfangen oder gesendet werden und die zumindest Teile des Verfahrens ausführen. Die nicht-flüchtigen Speichermittel umfassen unterschiedliche Speichermedien, z.B. optische oder magnetische Speicher, Phase-Change- oder Flash-Speicher.
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Zumindest Teile des Systems können in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Das Steuergerät kann einen Mikroprozessor enthalten, der über einen oder mehrere Datenbusse kommunikativ mit Speichermitteln verbunden ist. Der Mikroprozessor ist dazu eingerichtet, in den Speichermitteln gespeicherte Computerprogramminstruktionen auszuführen, und Daten über den einen oder die mehreren Datenbusse zu senden und/oder zu empfangen. Die Speichermittel können Arbeitsspeicher und nichtflüchtigem Speicher umfassen. Nicht-flüchtiger Speicher umfasst z.B. optische, magnetische, Phasen-Wechsel- oder Flash-Speicher. Der eine oder die mehreren Datenbusse kann dazu eingerichtet sein, Steuerbefehle und/oder Daten unterschiedlicher Steuergeräte, Sensoren und/oder Aktuatoren uni- oder bidirektional zu übertragen. Dazu notwendige Verfahren können durch den Mikroprozessor bei der Ausführung der Computerprogramminstruktionen implementiert sein.
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Die Computerprogramminstruktionen können unter Verwendung drahtloser oder mittels kabel- oder leitungsgebundener Schnittstellen in die Speichermittel übertragen werden. Die Computerprogramminstruktionen liegen außerhalb des Systems als Computerprogrammprodukt vor, welches dauerhaft auf einem computerlesbaren Medium oder maschinenlesbaren Medium gespeichert ist, und welches als auf einem Trägermedium gespeichertes Computerprogramm aufgefasst werden kann.
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Das Computerprogrammprodukt kann auch in einer nicht dauerhaften, vorübergehenden Form vorliegen, z.B. als ein elektromagnetisches oder optisches Signal, welches die Computerprogramminstruktionen durch seine Modulation vorübergehend repräsentiert. Durch die Modulation werden dem Signal mithin die Computerprogramminstruktionen vorübergehend aufgeprägt, bspw. während der Übertragung der Computerprogramminstruktionen von einem Datenträger in das System. In diesem Fall stellt das Signal, bspw. repräsentiert durch einen modulierten Träger, eine konkrete Verkörperung des Computerprogrammprodukts dar, von der es entnommen oder abgegriffen werden kann.
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Die erfindungsgemäße Aktivierung der Erfassung einer Wasseransammlung basierend auf der Erfassung der tatsächlichen Wettergegebenheiten reduziert den notwendigen Rechen- und Kommunikationsaufwand gegenüber einer permanenten Erfassung und Meldung, und verringert dadurch auch die Last auf dem Kommunikationskanal bzw. dem Kommunikationsmedium. Die Übertragung der erfassten Dicke des Wasserfilms und des Fahrwegprofils im Bereich einer Wasseransammlung an eine fahrzeugexterne Datenbank und insbesondere an andere in der Nähe befindliche Fahrzeuge ermöglicht es, dass diese Fahrzeuge mittelbar oder unmittelbar auf Daten für die Planung ihres Fahrwegs zugreifen können, die sie selbst erst beim Durchfahren der Wasseransammlung hätten erfassen können. Auch können Fahrzeuge, die nicht mit einer Vorrichtung zur Erfassung der Fahrwegeigenschaften ausgestattet sind die von den anderen Fahrzeugen erhobenen Daten beziehen und diese für die Planung ihres Fahrwegs verwenden. Insbesondere können die jeweiligen Fahrzeuge die Daten dazu verwenden, die jeweiligen Fahrwege unter Berücksichtigung fahrzeugspezifischer Parameter, z.B. Bodenfreiheit, Wattiefe und dergleichen, zu planen. Hierdurch kann einerseits der Verkehrsfluss aufrecht erhalten werden, weil nachfolgende Fahrzeuge die Wasseransammlung ggf. zügiger durchfahren können, andererseits können Pannen oder Unfälle vermieden werden, die durch eine falsche Einschätzung der Wasseransammlung entstehen können. Schließlich kann durch die zentrale Auswertung der Messwerte eine Beschädigung von Fahrbahnen oder Drainagesystemen frühzeitig erkannt und einer Verschlimmerung des Schadens durch Einleitung entsprechender Gegenmaßnahmen entgegengewirkt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung und anhand von exemplarischen Ausführungsformen erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 ein stark vereinfachtes exemplarisches Flussdiagramm eines ersten Aspekts des vorliegenden Verfahrens;
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2 ein vereinfachtes exemplarisches Flussdiagramm eines zweiten Aspekts des vorliegenden Verfahrens;
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3 ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens;
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4 eine erste schematische Darstellung der Erfassung einer Position eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn einer Straße;
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5 eine zweite schematische Darstellung der Erfassung einer Position eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn einer Straße;
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6 eine erste schematische Darstellung eines Fahrzeugs beim Durchfahren einer Wasseransammlung auf einem Fahrweg;
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7 eine zweite schematische Darstellung eines Fahrzeugs beim Befahren eines Straßenabschnitts mit einer Wasseransammlung auf einem Fahrweg;
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8 eine dritte schematische Darstellung eines Fahrzeugs beim Durchfahren einer Wasseransammlung auf einem Fahrweg; und
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9 eine vierte schematische Darstellung eines Fahrzeugs beim Durchfahren einer Wasseransammlung auf einem Fahrweg.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein stark vereinfachtes exemplarisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 102 wird zunächst eine Wasseransammlung erkannt. Im positiven Fall, „ja“-Zweig von Schritt 103, wird in den Schritten 104 und 106 das Fahrwegprofil und die zugehörige Position erfasst. Anderenfalls wird die Erkennung einer Wasseransammlung fortgesetzt. Es sei angemerkt, dass die Erkennung einer Wasseransammlung grundsätzlich in jedem Fall fortgesetzt werden kann, z.B. um eine nächste Wasseransammlung zu erkennen, die auf eine gegenwärtig durchfahrene folgt. Die Erkennung kann jedoch auch, wie weiter oben beschrieben, vorzugsweise für die Abschnitte des Fahrwegs betrieben werden, für die eine Neigung zur Bildung von Wasseransammlungen bekannt ist. Wenn die Durchfahrt durch die Wasseransammlung beendet ist, „ja“-Zweig von Schritt 108, werden die erfassten Daten in Schritt 110 an eine fahrzeugexterne Datenbank und/oder an in der Nähe befindliche Fahrzeuge gesendet. Anderenfalls wird die Erfassung fortgesetzt, „nein“-Zweig von Schritt 108. Je nach der Länge der Wasseransammlung können Daten auch bereits vor dem Ende der Durchfahrt gesendet werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Wasseransammlung so lang ist, dass andere Fahrzeuge bereits hineinfahren, wenn das messende Fahrzeug die Wasseransammlung noch nicht vollständig durchfahren hat. Es ist auch möglich, in diesem Fall die gemessenen Daten zunächst an in der Nähe befindliche Fahrzeuge zu senden, und das Senden der Daten an die fahrzeugexterne Datenbank erst nach der Durchfahrt durchzuführen.
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2 zeigt ein vereinfachtes exemplarisches Flussdiagramm eines zweiten Aspekts des vorliegenden Verfahrens. Ähnlich wie mit Bezug auf 1 beschrieben wird in den Schritten 202 und 203 zunächst eine Wasseransammlung erkannt. Im positiven Fall, „ja“-Zweig von Schritt 203 werden in Schritt 204 Daten von einer fahrzeugexternen Datenbank empfangen, die u.a. ein Fahrwegprofil und eine Dicke des Wasserfilms für die Wasseransammlung umfassen. Die Daten für die Wasseransammlung können bspw. anhand der geographischen Position der erkannten Wasseransammlung von einer fahrzeugexternen Datenbank abgerufen werden, es ist aber auch möglich die Daten von einem in der Nähe befindlichen Fahrzeug zu empfangen, das die Wasseransammlung bereits durchquert hat oder sie gerade durchquert. Anhand der empfangenen Daten wird in Schritt 206 ein Kurs durch die Wasseransammlung ermittelt, der beispielsweise so gelegt ist, dass er nur durch die Bereiche der Wasseransammlung führt, welche die geringste Dicke des Wasserfilms aufweisen. Schließlich wird in Schritt 208 das Fahrzeug entsprechend dem ermittelten Kurs gesteuert. Die Steuerung des Fahrzeugs, die in der Figur nicht näher gezeigt ist, kann eine kontinuierliche Ermittlung der Position des Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer Vielzahl von geeigneten Sensoren umfassen, um einen präzisen Kurs zu fahren.
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3 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild einer in einem Fahrzeug angeordneten Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens. Eine Vorrichtung zur Erkennung von Wasseransammlungen 302 ist mit einem Mikroprozessor 304, einem nichtflüchtigen Speicher 306, einem Arbeitsspeicher 312, einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Position 314, einer Schnittstelle 310 zur drahtlosen Kommunikation mit einer fahrzeugexternen Datenbank und/oder in der Nähe befindlichen anderen Fahrzeugen und einer Vorrichtung 316 zur Bestimmung eines Fahrwegprofils über ein oder mehrere Bussysteme 318 mittelbar oder unmittelbar kommunikativ verbunden. Der nichtflüchtige Speicher 306 speichert Computerprogramminstruktionen welche, wenn sie von dem Mikroprozessor 304 in dem Arbeitsspeicher 312 ausgeführt werden, Verfahrensschritte eines oder mehrerer Aspekte des Verfahrens ausführen.
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4 zeigt eine erste schematische Darstellung der Erfassung einer Position eines Fahrzeugs 400 auf einer Fahrbahn einer Straße 402 mit einer Wasseransammlung 404.Um eine möglichst genaue Positionserfassung und Erfassung des Fahrwegprofils zu erreichen werden auf der Straße 402 befindliche Markierungen 408, 409, 410 und deren räumlicher Bezug zu der Wasseransammlung 404 mit einer Kamera (nicht gezeigt) erfasst. Die Markierung 408 ist beispielsweise der Anfang eines Strichs eines nicht durchgezogenen Mittelstreifens, die Markierung 409 ist beispielsweise ein Begrenzungspfahl, und die Markierung 410 ist eine seitliche Begrenzungslinie. Der Erfassungswinkel der Kamera ist durch das schraffierte dreieckige Feld 412 angedeutet. Durch die unterschiedlichen Referenzpunkte kann die Kontur der Wasseransammlung 404 und das Fahrwegprofil innerhalb der Wasseransammlung 404 sehr genau in Bezug zu der Fahrbahn ermittelt werden.
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5 zeigt eine zweite schematische Darstellung der Erfassung einer Position eines Fahrzeugs 400 auf einer Fahrbahn einer Straße 402 mit einer Wasseransammlung 404. In diesem Beispiel ist das Fahrzeug mit einer Einparkhilfe ausgestattet, die auch einen seitlich von dem Fahrzeug befindlichen Bereich erfassen kann. Hierzu sind seitliche Sensoren 422 und 423 vorgesehen, welche die seitliche Entfernung des Fahrzeugs zu einer neben der Fahrbahn angeordneten Leitplanke 430 messen. Die Sensoren 422 und 423 sind durch ihre jeweiligen Erfassungsbereiche repräsentiert, die als schraffierte Dreiecke dargestellt sind. Hierdurch lässt sich eine seitliche Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn sehr genau bestimmen und dadurch ebenfalls entsprechend genau das für die Wasseransammlung 404 bestimmte Fahrwegprofil in Bezug auf dessen Lage auf der Fahrbahn. Um eine möglichst genaue Positionierung auch in der Längsrichtung der Fahrbahn zu erhalten, die bei einer über eine längere Strecke gleichförmigen Leitplanke 430 nicht leicht realisierbar ist, können nicht oder nur langsam veränderliche individuelle Merkmale, die mit der Leitplanke verbunden sind, als Referenzpunkt für einen Abschnitt erfasst werden. In der Figur ist dies beispielsweise ein Begrenzungspfahl 432. Von diesem Referenzpunkt aus kann die zurückgelegte Distanz mit dem Streckenzähler des Fahrzeugs oder über eine Integration der Geschwindigkeit über die Zeit bestimmt werden, so dass auch eine genaue Längsposition entlang des Fahrwegs bestimmt werden kann.
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6 zeigt eine vereinfachte erste beispielhafte Fahrsituation mit einem Fahrzeug 600 welches auf einer Fahrbahn 602 mit einem Wasserfilm einer ersten Dicke h1 fährt. Die Kontur der Fahrbahnoberfläche ist stark überzeichnet dargestellt und weist im Bereich der Räder des Fahrzeugs 600 jeweils Spurrinnen auf, in denen sich Wasser angesammelt hat. Der Wasserfilm ist durch die obere strichpunktierte Linie repräsentiert; die untere strichpunktierte Linie markiert den tiefsten Punkt des Fahrbahnprofils an dieser Stelle der Fahrbahn. Der Abstand d1 des Fahrzeugs von dem Leitpfosten, der in der Figur den Rand der Fahrbahn repräsentiert, ist durch einen Algorithmus für autonomes Fahren vorgegeben, er liegt beispielsweise in der Mitte einer Richtungsfahrspur. In dem Beispiel ist der Wasserfilm nur sehr dünn, so dass er bei angepasster Geschwindigkeit durch das in der Figur nicht gezeigte Profil der Reifen seitlich abgeführt bzw. verdrängt wird. Das seitlich verdrängte Wasser kann jedoch über den Rand der Fahrbahn hinaus verdrängt werden, bis auf einen seitlich von der Fahrbahn liegenden Fuß- oder Radweg 604, wodurch sich dort aufhaltende Fußgänger oder Radfahrer durchnässt oder beschmutzt werden können.
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7 zeigt eine Fahrsituation ähnlich der in 6 gezeigten. Im Unterschied zu der der Fahrsituation aus 6 liegen in diesem Beispiel Informationen zu der Dicke h1 des Wasserfilms auf der Fahrbahn 602 vor, ebenso wie Informationen zu dem Fahrbahnprofil bzw. der Kontur der Fahrbahn 602. Diese Informationen werden dazu verwendet, das autonom fahrende Fahrzeug mit einem größeren Abstand d2 zum Rand der Fahrbahn 602 fahren zu lassen, so dass zumindest die Räder auf der rechten Seite des Fahrzeugs nicht mehr in einer Spurrinne laufen. Dadurch ist weniger oder kein Wasser mehr zu verdrängen, so dass auch kein Wasser mehr auf den Fuß- oder Radweg 604 gelangt.
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8 zeigt eine vereinfachte dritte beispielhafte Fahrsituation mit einem Wasserfilm einer zweiten Tiefe h2 auf der Fahrbahn. Die Oberfläche der Fahrbahn 602 weist tiefe Spurrinnen oder Schlaglöcher auf, die mit Wasser gefüllt sind, die aber durch die Wasseroberfläche nicht erkennbar sind. Der Abstand d1 des Fahrzeugs von dem Leitpfosten ist wiederum durch den Algorithmus für autonomes Fahren vorgegeben, er liegt wieder in der Mitte der Richtungsfahrspur. Wegen der tiefen Spurrinne oder das tiefe Schlagloch liegt das Fahrzeug mit der Teilen Karosserie unter der durch die obere strichpunktierte Linie angedeuteten Wasseroberfläche. Insbesondere der Auspuff 608 liegt teilweise unter der Wasseroberfläche, was zu einem Eindringen von Wasser führen kann. Darüber hinaus ist ein an der Hinterachse befindliches Differential 610 mit seinem Gehäuse in Kontakt mit einem zwischen den Spurrinnen oder den Schlaglöchern liegenden höheren Bereich der Fahrbahnoberfläche geraten, wodurch es beschädigt werden könnte.
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9 zeigt eine der in 8 gezeigten ähnliche Fahrsituation mit einem Wasserfilm und tiefen Spurrinnen oder Schlaglöchern auf der Fahrbahn. Wie in 7 sind das Fahrbahnprofil und die Dicke des Wasserfilms aus Messungen anderer Fahrzeuge bekannt. Die Information wird dazu verwendet, das autonom fahrende Fahrzeug mit einem größeren Abstand d2 zum Rand der Fahrbahn 602 fahren zu lassen, so dass die Räder auf unter der Wasseroberfläche liegenden Absätzen in seitlichen Bereichen der Spurrinnen oder der Schlaglöcher laufen, so dass das Fahrzeug nicht in tieferen Bereichen der Spurrinnen oder der Schlaglöcher fährt und die Wasseransammlung ungefährdet durchqueren kann. In dem in der Figur gezeigten Beispiel sei angenommen, dass ein Ausweichen auf die Gegenfahrbahn wegen des Gegenverkehrs (nicht in der Figur gezeigt) nicht möglich ist. Wenn kein Gegenverkehr herrscht, kann der Abstand d2 natürlich auch so weit vergrößert werden, dass das Fahrzeug 600 die Spurrinnen oder die Schlaglöcher auf der Gegenfahrbahn umfährt.
