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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoreinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs angeordneten Umgebungssensor, einen mit dem Umgebungssensor lagegekoppelten Lagesensor, und eine Steuereinrichtung, welche in Abhängigkeit von Sensordaten des Lagesensors eine die Ausrichtung des Lagesensors bezüglich eines Umgebungskoordinatensystems beschreibende Ausrichtungsinformation und in Abhängigkeit der Ausrichtungsinformation eine Dejustage des Umgebungssensors ermittelt. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Moderne Kraftfahrzeuge weisen häufig Umgebungssensoren auf, die als Teil einer Sensoreinrichtung die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfassen. Die Anordnung und Kalibrierung solcher Umgebungssensoren am Kraftfahrzeug muss besonders präzise erfolgen, da Sensordaten des Umgebungssensors typischerweise auf ein Kraftfahrzeugkoordinatensystem bezogen werden. Kommt es zu einer Dejustage des Umgebungssensors, beispielsweise durch eine mechanische Krafteinwirkung auf ihn selbst oder seine Halterung am Kraftfahrzeug, nimmt der Umgebungssensor die Umgebung unter einem Winkelversatz wahr. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, an dem Umgebungssensor einen mit diesem lagegekoppelten Lagesensor vorzusehen, welcher auf ein Umgebungskoordinatensystems kalibriert ist und im Falle einer Dejustage des Umgebungssensors ebenfalls seine Lage ändert. Mittels einer Steuereinrichtung der Sensoreinrichtung ist eine die Ausrichtung des Lagesensors bezüglich des Umgebungskoordinatensystems beschreibende Ausrichtungsinformation ermittelbar, wobei bei einer Änderung der Relativausrichtung des Lagesensors zum Kraftfahrzeug auf eine Dejustage des Umgebungssensors geschlossen werden kann.
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DE 10 2011 075 062 A1 offenbart eine Radarsensoreinheit mit einem Radarsensor und einem Lagesensor, der zum Erfassen einer einen Neigungswinkel einer Hauptstrahlungsrichtung des Radarsensors kennzeichnenden Orientierung des Lagesensors eingerichtet ist.
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DE 199 57 186 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Justieren mindestens eines an einem Fahrzeug verstellbar angebrachten Sensors, dessen Erfassungsbereich richtungsabhängig ist, wobei dem Sensor eine Messeinrichtung sowie eine Verstelleinrichtung zugeordnet sind, wobei die Messeinrichtung die Ist-Ausrichtung des Sensors erfasst und bei einer Abweichung von einer vorgegebenen Soll-Ausrichtung des Sensors ein Stellsignal an die Verstelleinrichtung abgibt, wodurch der Sensor automatisch in die Soll-Ausrichtung justiert wird.
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Derartige Sensoreinrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass der Lagesensor seinerseits dekalibriert sein kann, was zu einer fehlerhaften Ermittlung der Dejustage des Umgebungssensors führt.
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DE 10 2015 005 570 A1 betrifft ein Verfahren zur Justage und/oder Kalibrierung eines Umgebungssensors, einen Umgebungssensor und ein Kraftfahrzeug, wobei ein Umgebungssensor ein Sensorelement sowie einen mit diesem lagegekoppelten Inertialsensor aufweist, welcher bezüglich einer zweiten Referenzlage kalibriert ist, deren Beziehung zu einer ersten Referenzlage, in der sich das Kraftfahrzeug beim Justieren und/oder Kalibrieren befindet, bekannt ist. Aus der bekannten Beziehung der Referenzlagen kann eine Ist-Ausrichtung mittels des Inertialsensors ermittelt werden und ein Justieren und/oder Kalibrieren hinsichtlich einer Soll-Ausrichtung erfolgen. Zur Feststellung einer späteren Dekalibrierung des Sensorelements kann die Relativausrichtung zwischen einer Inertialmesseinheit und der Ausrichtung des Sensorelements, bestimmt durch den Inertialsensor, ermittelt, gespeichert und auf Abweichungen überwacht wird.
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US 7 337 650 B1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Gleichausrichtung von Sensoren eines Fahrzeugs. Dabei wird im Wesentlichen vorgeschlagen, alle Sensoren zusätzlich mit Beschleunigungsmessern zu versehen, um zu überprüfen, ob Fahrzeugbeschleunigungen von allen Sensoren gleich wahrgenommen werden beziehungsweise von den Abweichungen ausgehend Korrekturen vorzunehmen. Bei optischen Sensoren, die Teile des Fahrzeugs wahrnehmen, können aus deren Daten Verdrehungen gegen das Fahrzeug ermittelt werden.
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WO 2010/042483 A1 betrifft ein integriertes Radar-Kamera-Sensorsystem, welches an der Windschutzscheibe angeordnet werden kann.
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DE 10 2011 106 178A1 offenbart eine lageverstellbare Fahrzeugkomponente, die einen Neigungssensor zur Ermittlung einer Ausrichtung der Fahrzeugkomponente und zum Ausrichten der Fahrzeugkomponente in einem Fahrzeug in Abhängigkeit von mittels des Neigungssensors aufgenommenen Messsignalen aufweist. In einem zugeordneten Verfahren zum Ausrichten einer derartigen lageverstellbaren Fahrzeugkomponente in einem Fahrzeug wird mittels des Neigungssensors eine Ausrichtung der Fahrzeugkomponente ermittelt wird und eine Abweichung der ermittelten Ausrichtung von einer Sollausrichtung verringert. In einer Ausführungsform können mehrere Lagesensoren am Fahrzeug verwendet werden. Dabei können ermittelte unkorrelierte Messsignale der mehreren Lagesensoren vorteilhaft zur Ermittlung dejustierter oder fehlerhafter Fahrzeugkomponenten verwendet werden.
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Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen robusteren Betrieb einer Sensoreinrichtung mit einem Umgebungssensor und einem mit diesem lagegekoppelten Lagesensor anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, zur Erfassung einer Dekalibrierung des Lagesensors wenigstens einen Referenzsensor zu verwenden, der mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs lagegekoppelt ist und so eine besonders zuverlässige Referenzposition aufweist. Durch den Vergleich der die Ausrichtung der Karosserie bezüglich des Umgebungskoordinatensystems beschreibenden Referenzinformation mit der Ausrichtungsinformation, die die Ausrichtung des Lagesensors bezüglich des Umgebungskoordinatensystems beschreibt, kann so ermittelt werden, ob der Lagesensor, beispielsweise durch Temperaturdrift, dekalibriert wurde und seine Messungen, insbesondere Winkelmessungen, verfälscht sind. Das Umgebungskoordinatensystem bezieht sich dabei insbesondere auf die Lotrichtung, also auf einen in Richtung des Schwerefelds der Erde weisenden Vektor. Die auf Basis der Sensordaten des Lagesensors ermittelte Ausrichtungsinformation kann, insbesondere kontinuierlich, mit der als weniger dekalibrierungsanfällig angenommenen Referenzinformation verglichen werden. Dabei kann selbstverständlich auch ein bei korrekter Justage des Umgebungssensors gegebener Lageoffset zwischen dem Lagesensor und dem Referenzsensor berücksichtigt werden. Das Vergleichsergebnis kann die Steuereinrichtung als Dekalibrierungsinformation bereitstellen, wobei beispielsweise durch einen Schwellwertvergleich auf eine relevante Dekalibrierung geschlossen werden kann.
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Mit Vorteil wird so ein robusterer Betrieb der Sensoreinrichtung ermöglicht, da die Steuereinrichtung auf eine durch die Dekalibrierungsinformation beschriebene Dekalibrierung reagieren und eine daraus resultierende geringere Zuverlässigkeit der Ausrichtungsinformation beim Betrieb der Sensoreinrichtung oder des Kraftfahrzeugs berücksichtigen kann. Beispielsweise ist eine Rekalibrierung des Lagesensors oder eine Deaktivierung des Umgebungssensors möglich.
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Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein fest mit der Karosserie verbundener Referenzsensor verwendet. Alternativ kann ein fest mit einem fest mit der Karosserie verbundenen Fahrzeugteil verbundener Referenzsensor verwendet werden. Ein solches Fahrzeugteil kann beispielsweise die Frontscheibe des Kraftfahrzeugs sein, da diese typischerweise starr mit der Karosserie verbunden und/oder nicht beschädigungsfrei von dieser lösbar ist. Eine feste Verbindung mit der Karosserie oder dem Fahrzeugteil kann beispielsweise durch Verkleben, Verschweißen oder durch ein Verbindungsmittel realisiert sein. Insbesondere ist die Verbindung des Referenzsensors an der Karosserie oder dem Anbauteil fester und/oder starrer als eine Verbindung des Umgebungssensors samt dem Lagesensor mit der Karosserie. Durch die feste Verbindung des Referenzsensors mit der Karosserie oder dem Fahrzeugteil wird sichergestellt, dass eine besonders stabile Lagekopplung des Referenzsensors mit der Karosserie gegeben ist und seine Sensordaten besonders zuverlässig hinsichtlich der Beschreibung der Ausrichtung der Karosserie sind.
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Besonders bevorzugt wird ein an einem Anbauteil, insbesondere einem Frontend oder Heckend des Kraftfahrzeugs, an der Karosserie angeordneter Umgebungssensor verwendet. Solche Anbauteile zeichnen sich typischerweise dadurch aus, dass ihre Kopplung an die Karosserie weniger fest als die des Referenzsensors an die Karosserie ist. Das Anbauteil ist bei modernen Kraftfahrzeugen häufig aus Kunststoff gefertigt, so dass schon eine mechanische Einwirkung in der Größenordnung eines Bagatellunfalls zu einer Lageveränderung des Umgebungssensors führen kann. Durch die Verwendung des Referenzsensors, der wesentlich fester mit der Karosserie als mit dem Anbauteil gekoppelt sein kann, wird so eine vorzügliche Möglichkeit zur Ermittlung der Dekalibrierung des Lagesensors erzielt, wenn dieser nur schwach mit der Karosserie lagegekoppelt ist.
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Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass als Referenzsensor eine zur Erfassung des Umfelds angeordnete Kamera verwendet wird. Moderne Kameras weisen beispielsweise eine derart hohe Auflösung auf, dass die Sensoreinrichtung die Ausrichtung des Fahrzeugs im Raum, also bezüglich des Umgebungskoordinatensystems, während der Fahrt mit einer hohen Genauigkeit ermitteln kann. Dabei sind Winkelgenauigkeiten von 0,1° oder besser erzielbar. Bei der Verwendung der Kamera ermittelt die Steuereinrichtung die Referenzinformation in Abhängigkeit eines Fluchtpunkts und/oder eines erkannten Objekts in durch die Sensordaten beschriebenen Bildern. Bevorzugt ist die Kamera fest mit der Frontscheibe des Kraftfahrzeugs verbunden, insbesondere mit dieser verklebt.
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Zusätzlich kann als Referenzsensor eine Inertialplattform des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Derartige Inertialplattformen sind seit geraumer Zeit zur Ermittlung der Lage des Kraftfahrzeugs im Raum bekannt und können einen Nick- und/oder Gier- und/oder Rollwinkel des Kraftfahrzeugs präzise beschreiben. Die typischerweise zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs verwendeten Sensordaten der Inertialplattform können so zusätzlich auch für die Ermittlung der Referenzinformation verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch die Verwendung eines Lidarsensors als Referenzsensor denkbar.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, ist es zudem zweckmäßig, wenn die Steuereinrichtung zur Ermittlung der Referenzinformation über einen Zeitraum von wenigstens einer Minute erfasste Sensordaten des Referenzsensors auswertet. Durch die Akkumulation der Sensordaten über den Zeitraum, der auch wenigstens fünf Minuten, wenigstens zehn Minuten oder wenigstens zwanzig Minuten betragen kann, ist eine erhebliche Steigerung der Genauigkeit der Referenzinformation möglich. Insbesondere bei der Verwendung einer Kamera als Referenzsensor kann durch die Vorgabe des Zeitraums eine ausreichende Datenbasis für die zuvor beschriebene Objekterkennung oder Fluchtpunktermittlung bereitgestellt werden.
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Um die Ermittlung der Dekalibrierungsinformation möglichst frei von Störeinflüssen zu realisieren, kann die zur Ermittlung der Dekalibrierungsinformation verwendete Ausrichtungsinformation aus im Stillstand des Kraftfahrzeugs erfassten Sensordaten des Lagesensors ermittelt werden. Mit anderen Worten wird die Dekalibrierungsinformation erst nach einem vollständigen Abbremsen des Kraftfahrzeugs und Verharren bei einer Geschwindigkeit von null ermittelt, um beispielsweise Vibrationen, die bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs auftreten, nicht in die Ermittlung der Dekalibrierungsinformation einfließen zu lassen.
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Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Dekalibrierungsinformation den Lagesensor nachkalibriert. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung eine korrigierte Ausrichtungsinformation ermitteln. Es kann mithin nach der Ermittlung der Dekalibrierungsinformation ein Weiterbetrieb des Lagesensors erfolgen, wobei unter Berücksichtigung des Grades der Dekalibrierung und/oder der Richtung der Dekalibrierung eine Nachkalibrierung erfolgt. Zusätzlich dazu kann ein Warnsignal durch die Steuereinrichtung ausgegeben werden, insbesondere wenn die Dekalibrierung als so stark ermittelt wird, dass eine Nachkalibrierung nicht möglich ist. Durch das Warnsignal kann beispielsweise eine Ausgabeeinrichtung des Kraftfahrzeugs ansteuerbar sein.
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Als Lagesensor wird ein mikroelektromechanisches System (MEMS) verwendet. Derartige Lagesensoren, beispielsweise Gyrometer, sind vorteilhafterweise besonders kleinbauend und verfügen über eine hohe Sensitivität für eine Veränderung ihrer Lage zum Schwerefeld der Erde und können ihre Lage bezüglich einer, zwei oder drei Sensorachsen erfassen. Sie eignen sich daher besonders gut für die Lagekopplung mit dem Umgebungssensor, welcher seinerseits ebenfalls besonders kleinbauend ausgebildet sein kann. Der mit der Verwendung eines MEMS einhergehende Nachteil einer hohen Dekalibrierungsanfälligkeit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren in hervorragender Weise kompensiert werden. Dies gilt auch dann, wenn der Umgebungssensor und der wenigstens eine Referenzsensor gleich fest mit der Karosserie gekoppelt sind, um nur die intrinsische Dekalibrierung des Lagesensors zu erkennen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Sensoreinrichtung mit einem zur Erfassung des Umfelds des Kraftfahrzeugs angeordneten Umgebungssensor, einem mit dem Umgebungssensor lagegekoppelten Lagesensor, einem mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs lagegekoppelten Referenzsensor und einer zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, sodass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Diese ist eine schematische Darstellung.
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Die Figur zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 mit einer Sensoreinrichtung 2.
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Die Sensoreinrichtung 2 umfasst einen in einem Frontend 3 des Kraftfahrzeugs 1 verbauten Umgebungssensor 4, welcher beispielsweise als Radar-, Lidar- oder Ultraschallsensor ausgebildet ist und die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 erfasst. Sensordaten des Umgebungssensors 4 werden von einer Steuereinrichtung 5 der Sensoreinrichtung 2 verarbeitet und als Umgebungsdaten verschiedenen Fahrzeugsystemen 6 bereitgestellt.
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Der Umgebungssensor 4 ist mit einem Lagesensor 7 der Sensoreinrichtung 2 lagegekoppelt, der seine Sensordaten ebenfalls der Steuereinrichtung 5 bereitstellt. Diese ermittelt aus den Sensordaten eine die Ausrichtung des Lagesensors bezüglich eines Umgebungskoordinatensystems beschreibende Ausrichtungsinformation. Der Lagesensor 7 ist dazu als mikroelektromechanisches System (MEMS), beispielsweise als Gyrometer, ausgebildet und weist zwei oder drei Sensorachsen auf. Mithilfe der Ausrichtungsinformation ermittelt die Steuereinrichtung 5 eine Dejustage des Umgebungssensors 4, die dazu führen kann, dass die Sensordaten des Umgebungssensors 4 um einen Winkelversatz verfälscht und dementsprechend nicht mehr zuverlässig für die Funktion des Fahrzeugsystems 6 verwendbar sind.
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Der als MEMS ausgebildete Lagesensor 7 weist jedoch eine gewisse Anfälligkeit für eine Dekalibrierung, beispielsweise infolge einer Temperaturdrift, auf. Um zu vermeiden, dass eine solche Dekalibrierung ebenfalls zu einer Verfälschung der Sensordaten des Umgebungssensors 4 führt, weil dieser unter Annahme einer falschen Ausrichtung fehlerhaft rekalibriert oder infolge einer fehlerhaft erkannten Dejustage 4 deaktiviert wird, vergleicht die Steuereinrichtung 5 die auf den Sensordaten des Lagesensors 7 beruhende Ausrichtungsinformation mit einer Referenzinformation.
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Zur Ermittlung dieser Referenzinformation weist die Sensoreinrichtung 2 zwei Referenzsensoren in Form einer Kamera 8 und einer Inertialplattform 9 auf. Alternativ oder zusätzlich ist auch ein Lidarsensor als Referenzsensor denkbar. Die Kamera 8 ist mit einer Frontscheibe 10 des Kraftfahrzeugs 1 verklebt, welche wiederum fest mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Aus den Bilder beschreibenden Sensordaten der Kamera 8 ermittelt die Steuereinrichtung 5 mittels Objekterkennungs- und Fluchtpunktermittlungsalgorithmen die Ausrichtung der mit ihr lagegekoppelten Karosserie bezüglich des Umgebungskoordinatensystems. Dazu erfasst die Kamera 8 über einen Zeitraum von beispielsweise zwanzig Minuten Bilder der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1, was eine Ermittlung der Ausrichtung der Karosserie mit einer Genauigkeit von beispielsweise 0,1° erlaubt. Die Inertialplattform 9 ist unmittelbar an der Karosserie befestigt und dementsprechend mit dieser fest verbunden. Sie erfasst Beschleunigungsgrößen des Kraftfahrzeugs 1 bezüglich des Umgebungskoordinatensystems, beispielsweise einen Nick-, einen Gier- und einen Rollwinkel, aus welchen die Steuereinrichtung 5 ebenfalls die Ausrichtung der Karosserie des Kraftfahrzeugs 1 bezüglich des Umgebungskoordinatensystems ermittelt.
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Die Sensordaten der Kamera 8 und der Inertialplattform 9 werden von der Steuereinrichtung 5 empfangen, welche aus diesen Sensordaten die die Ausrichtung der Karosserie bezüglich des Umgebungskoordinatensystems beschreibende Referenzinformation ermittelt. Diese und die die Ausrichtung des Lagesensors 7 beschreibende Ausrichtungsinformation werden dann dahingehend verglichen, ob eine Abweichung zwischen den jeweils ermittelten Ausrichtungen vorliegt. Dabei kann auch ein bei korrekter Justage des Umgebungssensors 4 gegebener Ausrichtungsoffset des Lagesensors 7 zur Karosserie berücksichtigt werden. Dabei wird aufgrund der festeren Kopplung der Referenzsensoren mit der Karosserie und deren geringer Dekalibrierungsanfälligkeit von einer höheren Zuverlässigkeit der Referenzinformation ausgegangen. Mit anderen Worten wird eine Abweichung der Ausrichtungsinformation von der Referenzinformation als Dekalibrierung des Lagesensors 7 interpretiert, welche durch eine von der Steuereinrichtung 5 ermittelte Dekalibrierungsinformation beschrieben wird.
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Die Ermittlung dieser Dekalibrierungsinformation erfolgt dabei im Stillstand des Kraftfahrzeugs, um Vibrationen während einer Fahrt als Störeinflüsse auszuschließen. In Abhängigkeit der Dekalibrierungsinformation führt die Steuereinrichtung 5 eine oder mehrere Aktionen durch. Eine Aktion ist eine Nachkalibrierung des Lagesensors 7 durch Übermittlung eines entsprechenden Steuersignals, sodass im Anschluss an die Nachkalibrierung wieder korrekte Sensordaten durch den Lagesensor 7 bereitgestellt werden. Zusätzlich ist in Abhängigkeit der Dekalibrierungsinformation die Ausgabe eines Warnsignals durch die Steuereinrichtung 5 möglich, welches dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 auf einer Ausgabeeinrichtung 11, beispielsweise einem Kombiinstrument, dargestellt wird, wenn die Dekalibrierung als so stark ermittelt wird, dass eine Nachkalibrierung nicht möglich ist. Der Fahrer wird so über eine Fehlfunktion des Umgebungssensors 4, dessen eventuelle Dejustage infolge der Dekalibrierung des Lagesensors 7 nicht mehr erkennbar ist, unterrichtet und kann eine Werkstatt anfahren. Zusätzlich wird der Umgebungssensor 4 deaktiviert.
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Alternativ zu der zuvor beschriebenen Anordnung des Umgebungssensors 4 am Frontend 3 des Kraftfahrzeugs 1 ist es auch möglich, dass der oder ein weiterer Umgebungssensor 4 an einem Heckend 12 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist. Grundsätzlich lassen sich die zuvor beschriebenen Schritte auch bei einem mehrere Umgebungssensoren 4 aufweisenden Kraftfahrzeug 1 durchführen, wobei sowohl unterschiedliche Sensortypen als Umgebungssensoren 4 verwendet werden können als auch unterschiedliche Einbaupositionen vorgesehen sein können.
