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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzsystem für Insassen in einem Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Einstellen mindestens einer Schwelle eines solchen Schutzsystems.
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Bei einem Unfall eines Kraftfahrzeuges sollen reversible und nicht reversible Rückhaltesysteme den Fahrer und eventuelle weitere Insassen vor schweren Folgen schützen. Für die Milderung von Unfallfolgen gibt es verschiedene Systeme, die sich in Sensoren und Aktoren aufteilen lassen.
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Zu den Aktoren der passiven Sicherheit im Fahrzeuginneren zählen beispielsweise aktive Sitze, Gurtstraffer oder Airbags. Bei Airbags gibt es verschiedene Ausführungsformen, z. B. einen Fahrer-Airbag aus dem Lenkrad, Knie-Airbags zum Schutz der Knie bei der Vorverlagerung und gegen das Durchrutschen unter dem Gurt, Fenster-Airbags zum Schutz des Kopfs bei seitlichem Aufprall und zur Verhinderung, dass Objekte von außen in die Fahrgastzelle eindringen können. Aktive Sitze können bei einem Unfall die Form verändern und so beispielsweise das Durchrutschen unter dem Gurt verhindern oder den Fahrer in eine günstigere Position bringen (z. B. nach hinten fahren, so dass der Fahrer mehr Platz zum Lenkrad bekommt und so die maximalen Beschleunigungen für den Fahrer verringert werden können). Gurtstraffer verringern die sogenannte Gurt-Lose und Koppeln den Fahrer mit dem Fahrzeug. Dadurch wird die Vorverlagerung des Fahrers verringert bzw. der Fahrer kann mit dem Fahrzeug gleichmäßiger verzögert werden.
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Zum Ermitteln eines Unfalls, insbesondere einer Kollision mit einem Kollisionsobjekt, und des Unfalltyps werden verschiedene Sensoren eingesetzt. Der Hauptsensor ist meist ein Beschleunigungssensor, der möglichst geschützt im Zentrum des Fahrzeugs verbaut ist. Für eine einfache Detektion eines Unfalls kann dies ausreichend sein, ist jedoch nicht so leistungsfähig und fehlerunempfindlich wie ein Multi-Sensorsystem.
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Eine weitere wichtige Gruppe von Sensoren, die zur Erkennung möglicher Unfallsituationen in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, sind sogenannte Umfeldsensoren, die das Umfeld eines Kraftfahrzeuges überwachen und die zur Erfassung und Klassifikation von möglichen Kollisionspartnern dienen. Diese im Folgenden „vorausschauende Sensorik“ genannte Technik basiert z. B. auf Videokameras, Radarsystemen, Lidarsystemen, Ultraschallsystemen oder Kombinationen davon.
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Bevor Aktoren eines Schutzsystems tatsächlich ausgelöst werden, müssen die von Sensoren gemessenen Signale regelmäßig Schwellwerte überschreiten. Solche Schwellwerte dienen dazu die Fehlauslösung von Schutzsystemen zu verhindern. Solche Schwellwerte werden gegebenenfalls situationsabhängig festgelegt, um einerseits eine ausreichende Sicherheit zu bieten, Fehlauslösungen zu verhindern und andererseits sicherzustellen, dass Schutzsysteme immer dann ausgelöst werden, wenn dies zum Schutz von Insassen (Fahrer, Beifahrer etc.) oder sich außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Personen notwendig ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund sollen ein Schutzsystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Einstellung bestimmter Schwellen in einem solchen Schutzsystem gemäß Anspruch 7 angegeben werden, die insbesondere dazu geeignet sind eine rechtzeitige Erkennung von Bäumen zum Schutz der Insassen eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Wenn sich ein Kraftfahrzeug auf einer Fahrbahn, beispielsweise einer Straße, bewegt, so wird üblicherweise die vorausschauende Sensorik auf die vorausliegende Fahrbahn konzentriert, wobei z. B. Bäume seitlich der Straße zwar erfasst werden können, jedoch zunächst ausgeblendet werden. Die Konzentration auf Objekte, die sich auf der Fahrbahn befinden und bewegen, ist im fließenden Verkehr natürlich sinnvoll, um möglichst viel der verfügbaren Sensorik und Rechenkapazität auf die wesentlichen Elemente des Verkehrs zu richten. In diesem Modus sind jedoch Bäume seitlich der Straße für die vorausschauende Sensorik nur schwer zu erkennen. Andererseits sind solche feststehenden Objekte, wie Bäume oder vergleichbare Hindernisse, bei einer Kollision mit einem PKW und dessen Insassen sehr gefährlich, da eine solche Kollision für die Insassen zu sehr schweren Verletzungen oder sogar zum Tod führen kann. Zwar werden bei jedem schweren Aufprall, natürlich auch bei einem Aufprall auf einen Baum, Schutzmaßnahmen durch Kollisionssensoren aktiviert, beispielsweise Gurtstraffer, Airbags und/oder Sitzverstellungen. Diese Schutzmaßnahmen könnten aber früher oder gezielter ausgelöst werden, wenn die Information, dass ein Aufprall auf einen Baum bevorsteht, aus vorausschauender Sensorik verfügbar ist. Bäume sind aber für viele vorausschauende Sensorsysteme schlechter zu detektieren als Fahrzeuge oder Masten aus Metall, weil Holz z. B. Radarstrahlen geringer reflektiert als Metall. Auch eine Detektion mit Videosensorik ist schwieriger als die eines Fahrzeugs, da die Form eines Baums nicht einheitlich oder festgelegt in der Erscheinung ist und auch der Kontrast zum Hintergrund unterschiedlich sein kann.
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Das beschriebene Verfahren und das beschriebene Schutzsystem basieren auf der Erkenntnis, dass Bäume nicht auf einer Fahrbahn stehen, sondern ein Kraftfahrzeug die Fahrbahn erst verlassen und ein Stück weit durch wahrscheinlich unebenes Gelände fahren muss, bevor möglicherweise ein Aufprall auf einen Baum erfolgt. Aus diesem Grunde wird die vorausschauende Sensorik mit einer sogenannten Inertialsensorik im Kraftfahrzeug kombiniert. Unter Inertialsensorik wird hier eine Sensorik verstanden, welche Beschleunigungen des Fahrzeugs oder auch von Teilen des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs misst, im vorliegenden Fall bevorzugt in einer Richtung senkrecht zur Fahrbahn, die als Z-Richtung bezeichnet wird. Fährt ein Fahrzeug auf einer befestigten Fahrbahn, so gibt es zwar gewisse Erschütterungen, die durch Unebenheiten und Schlaglöcher auch eine gewisse Amplitude erreichen können, jedoch werden keine besonders großen oder schnell wechselnden Beschleunigungen in einer parallel zur Erdanziehungskraft orientierten Z-Richtung auftreten. Anders ist dies beim Verlassen der Fahrbahn. Oft ist eine Fahrbahn durch eine Bordsteinkante begrenzt, deren Überfahren ein ganz charakteristisches Signal auslöst. Auch befinden sich gefährliche, schlecht erkennbare Randobjekte wie Bäume meist in einem unbefestigten Gelände mit unebener Umgebung (sogenanntes „Off Road“). Die Fahrt über solches Gelände liefert für Beschleunigungen in Z-Richtung völlig andere Signalmuster als die Fahrt auf einer Fahrbahn.
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Es sei angemerkt, dass das Fahren auf einer Fahrbahn auch ganz andere Geräusche verursacht als das Überfahren einer Bordsteinkante oder das Fahren in unebenem Gelände. Daher können vorliegend anstelle oder zusätzlich zu Inertialsensorik auch Schallaufnehmer am oder im Fahrzeug genutzt werden. Auch indirekte Messungen von Bewegungen des Fahrwerks, Drücken oder Dehnungen an Bauteilen des Fahrwerks und dergleichen sind als einsetzbare Sensorik denkbar.
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Die Daten der Inertialsensorik werden daher bei dem beschriebenen Verfahren zum Ermitteln von Beschleunigungswerten des Kraftfahrzeugs oder Teilen seines Fahrwerks in mindestens einer Dimension, vorzugsweise in der Z-Richtung, benutzt, um typische Signalmuster zu erkennen, die auf ein Verlassen der Fahrbahn hindeuten. Wird ein solches Verlassen der Straße festgestellt, wird die Nutzung von Daten einer vorausschauenden Sensorik zur Beobachtung eines Beobachtungsbereichs vor dem Kraftfahrzeug empfindlicher für seitliche Objekte gestellt, wodurch die Sensorik sehr viel spezifischer Objekte neben der Straße als potentielle Kollisionsobjekte erkennen kann. Dazu wird der Wert einer ersten Schwelle von einem ersten Wert auf einen zweiten, im Vergleich zum ersten Wert, niedrigeren Wert gesetzt. Das System wird dadurch empfindlicher für Objekte wie Bäume und kann eine Kollision besser vorhersehen.
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Auf diese Weise ist es auch hier, wie bei anderen vorhersehbaren Kollisionen auf der Fahrbahn möglich, Schutzkomponenten für den Schutz von Insassen auf eine Kollision vorzubereiten, was bevorzugt durch die Verringerung eines ersten Werts einer zweiten Schwelle auf einen zweiten, im Vergleich zu dem ersten Wert, niedrigeren Wert für die Auslösung von Schutzkomponenten bedeutet.
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Natürlich kann es vorkommen, dass ein Fahrzeug die Fahrbahn nur kurzfristig verlässt, beispielsweise um einem anderen Fahrzeug auszuweichen, anschließend aber die Fahrt unbeschadet auf der Fahrbahn fortsetzt. Bevorzugt wird daher das Herabsetzen der Werte der ersten und/oder der zweiten Schwelle wieder rückgängig gemacht, wenn mittels der Inertialsensorik wieder eine Fahrt auf der Straße erkannt wird oder ein vorgegebenes Zeitintervall verstrichen ist, ohne dass eine Kollision festgestellt wurde. Auf diese Weise wird das Risiko von Fehlauslösungen von Schutzmaßnahmen auf ein vernünftiges Maß begrenzt, ohne Abstriche bei der Sicherheit der Insassen zu machen.
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Typischerweise weist ein Kraftfahrzeug in einem Frontbereich Kontaktsensoren auf, die bei einer Kollision mit einem Kollisionsobjekt ansprechen und eine Auslösung von Schutzkomponenten bewirkt. Im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen Verfahren bedeutet dies, dass die Schutzkomponenten entsprechend dem gerade geltenden Wert für die zweite Schwelle ausgelöst werden können. Falls sich das Kraftfahrzeug seit Kurzem seitlich der Fahrbahn befindet, ist daher eine sehr empfindliche Auslösung möglich, während auf der Fahrbahn oder nach einer bestimmten Zeit seitlich der Fahrbahn wieder ein höherer Wert für die zweite Schwelle gilt.
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In einer besonderen Ausführungsform wird für ein gewolltes Verlassen der Straße die Möglichkeit geschaffen, die erste Schwelle manuell auf dem ersten Wert festzuhalten, um Fehlauslösungen bei einer Fahrt in unebenem Gelände (Off Road) zu vermeiden.
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Eine erste Schwelle kann beispielsweise manuell auf einen hohen Wert festgelegt werden, indem durch eine entsprechende Einstellmöglichkeit (beispielsweise über einen Knopf im Cockpit eines Fahrzeugs) ein Modus „Off-Road“ ausgewählt wird und dann entsprechend dieser Auswahl eine erste Schwelle angepasst wird. Zusätzlich oder Alternativ ist es möglichk dass ein Modus „Offroad“ mit einer hohen ersten Schwelle automatisch ausgewählt wird, wenn das Fahrzeug eine Fahrbahn für mehr als eine Mindestdauer verlassen hat. Diese Mindestdauer beträgt beispielsweise 20 Sekunden. Wenn eine Fahrbahn für einen derart langen Zeitraum verlassen wird, kann gegebenenfalls davon ausgegangen werden, dass es sich hier um ein gewolltes Verlassen der Fahrbahn handelt. Wenn das Fahrzeug anschließend wieder auf eine Fahrbahn gelangt, kann automatisch ein Wechsel zurück in einem Modus „On-Road“ erfolgen. Dieser Modus „On-Road“ entspricht dem normalen, hier beschriebenen Betrieb des Fahrzeugs, in welchem ein Verlassen der Fahrbahn prinzipiell als „ungewollt“ verstanden wird und daher zumindest eine Herabsetzung des Wertes der ersten Schwelle beim Verlassen der Fahrbahn erfolgt.
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Das hier beschriebene Schutzsystem für Insassen in einem Kraftfahrzeug während einer Fahrt dient insbesondere zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Das Schutzsystem weist einen ersten Eingang für Daten einer vorausschauenden Sensorik und einen zweiten Eingang für Daten einer Inertialsensorik auf, wobei eine Mustererkennung die Daten der Inertialsensorik zur Erkennung typischer Muster analysiert und das Verlassen einer Fahrbahn erkennt. In diesem Fall wird die vorausschauende Sensorik durch Herabsetzung des Werts einer ersten Schwelle empfindlicher für die Erkennung von feststehenden Objekten neben der Fahrbahn, insbesondere Bäume, geschaltet. Wird dann festgestellt, dass sich das Kraftfahrzeug auf ein Kollisionsobjekt zu bewegt, so wird über eine Voreinstellung die Empfindlichkeit bei einer Auslösung von Schutzkomponenten erhöht. Über einen dritten Eingang gelangen Daten eines Kollisionssensors in einen Kollisionsklassifizierer (dem im Allgemeinen weitere gemessene Parameter und Informationen zur Verfügung stehen). Der Kollisionsklassifizierer ist dazu eingerichtet Art und Schwere einer Kollision zu erkennen und für die Auslösung geeigneter Schutzkomponenten zu sorgen. Bei einer empfindlichen Voreinstellung steht dann mehr Zeit für eine günstige Abfolge der Auslösung von Schutzkomponenten zur Verfügung.
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Bevorzugt wird das Schutzsystem von der Inertialsensorik mit Daten über Beschleunigungswerte in einer Dimension senkrecht zur Straße beliefert, insbesondere mit Daten von Beschleunigungssensoren im oder am Kraftfahrzeug, mit Daten von Wegaufnehmern oder mit Daten von anderen Sensoren am Fahrwerk oder von Schallsensoren. Auch Kombinationen von mehreren (meist ohnehin vorhandenen) Sensoren können zur Erkennung des Verlassens der Fahrbahn eingesetzt werden.
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Eine manuelle Eingabe für den Wert der ersten Schwelle, für den Fall einer bevorstehenden oder andauernden Fahrt über unebenes Gelände, kann bevorzugt eingesetzt werden, um Fehlauslösungen bei solchen Fahrten zu vermeiden.
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Hier auch beschrieben werden sollen ein Computerprogramm zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens und ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem dieses Computerprogramm gespeichert ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, in der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
- 1: schematisch ein Kraftfahrzeug kurz vor dem Verlassen einer Fahrbahn in Richtung auf einen Baum neben der Fahrbahn,
- 2: typische Muster von durch eine Inertialsensorik gemessenen Beschleunigungswerten, und
- 3: schematisch ein Schutzsystem zur Veranschaulichung der darin ablaufenden Verfahrensschritte.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 auf einer Fahrbahn 11, die von einer Bordsteinkante 12 begrenzt ist und neben der sich unebenes Gelände 13 befindet. Ein Baum 23 als potentielles Kollisionsobjekt steht ebenfalls abseits der Fahrbahn 11. Das Kraftfahrzeug 1 ist ausgerüstet mit einem Schutzsystem 2, welches Daten von einer vorausschauenden Sensorik 3 über einen Beobachtungsbereich B vor dem Kraftfahrzeug 1 erhält. Bei der Fahrt auf einer Fahrbahn 11 ist die vorausschauende Sensorik 3 durch einen ersten Wert Slh einer ersten Schwelle S1 unempfindlich für die Beobachtung von feststehenden Objekten 23 neben der Fahrbahn 11 eingestellt. Das Schutzsystem 2 erhält auch Daten von einer Inertialsensorik 4, die am oder im Kraftfahrzeug 1 und/oder an Teilen eines Fahrwerks 9 angebracht ist und insbesondere auf Beschleunigungen in Richtung senkrecht zur Fahrbahn 11 (Z-Richtung) reagiert. Folgt das Kraftfahrzeug 1 dem durch einen Pfeil 10 angedeuteten Fahrweg, so überrollt es im vorliegenden Beispiel mit dem rechten Vorderrad zuerst die Bordsteinkante 12 und fährt dann zumindest mit diesem Rad auf dem unebenen Gelände 13. Dies löst charakteristische Muster in den Daten der Inertialsensorik 4 aus, die im Schutzsystem 2 erkannt werden und den ersten Wert Slh der ersten Schwelle S1 auf einen zweiten, im Vergleich zum ersten Wert Slh, niedrigeren Wert S1n schalten, sodass die vorausschauende Sensorik 3 empfindlicher für Objekte wie Bäume 23 wird. Die vorausschauende Sensorik 3 erkennt nunmehr die Annäherung an den Baum 23 und kann schon vor einer Kollision das Schutzsystem 2 empfindlicher für die Auslösung von Schutzkomponenten wie Airbag 5 oder Gurtstraffer 6 und dergleichen schalten. Bei einem Aufprall auf den Baum 23 sprechen dann übliche Kollisionssensoren 7 im Frontbereich 8 des Kraftfahrzeugs 1 an und führen zu einer Auslösung von Schutzkomponenten 5, 6 durch das Schutzsystem 2 zu geeigneten Zeitpunkten in geeigneter Reihenfolge.
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2 zeigt beispielhaft typische Muster, wie sie von einer Intertialsensorik 4 im Verlauf einer Fahrt gemäß 1 gemessen werden können. Aufgetragen ist die Beschleunigung a(Z) in Abhängigkeit von der Zeit t. Während der Fahrt auf einer Fahrbahn ergibt sich ein Signal mit verhältnismäßig kleinen Schwankungen gemäß dem mit M1 bezeichneten Bereich. In diesem Bereich befindet sich auch ein typisches Signalmuster M3 für das Durchfahren eines kleinen Schlaglochs (was keine Konsequenzen auslöst). An der mit M4 bezeichneten Stelle wird die Bordsteinkante 12 überfahren, wodurch sich ein charakteristisches Signal mit großer Amplitude ergibt. Im anschließenden mit M2 bezeichneten Bereich bewegt sich das Kraftfahrzeug 1 zumindest mit einem Rad auf dem unebenen Gelände 13. Ab dem mit M4 bezeichneten Signal (oder einer gewissen Zeit an Fahrt auf dem unebenen Gelände 13) wird der Wert der ersten Schwelle S1 auf den zweiten, im Vergleich zum ersten Wert Slh, niedrigeren Wert S1n gesetzt. Folgt nach einem vorgebbaren Zeitintervall Delta t keine Kollision oder stellt sich wieder ein Signal gemäß dem Muster M1 ein, so wird der Wert der ersten Schwelle S1 wieder auf den ersten Wert Slh gesetzt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass es möglich ist, die erste und/oder die zweite Schwelle Sl, S2 auch auf mehrere unterschiedliche Werte einzustellen, wenn bestimmte Fahrsituationen dies erfordern. Beispielsweise bei verhältnismäßig unebenen Fahrbahnen (z. B. Kopfsteinpflaster) können auch Zwischenwerte für die erste Schwelle S1 vorgesehen werden.
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3 zeigt den Aufbau eines Schutzsystems 2 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens und sein Zusammenwirken mit einer Fahrzeugsensorik. Das Schutzsystem 2 weist einen ersten Eingang 18 für Daten einer vorausschauenden Sensorik 3 auf sowie einen zweiten Eingang 19 für Daten einer Inertialsensorik 4. In einer Mustererkennung 14 werden die Daten der Inertialsensorik 4 analysiert bezüglich des Auftretens von typischen Mustern, insbesondere den oben beschriebenen. Bei Erkennen eines signifikanten Musters M2, M4, welches auf ein Verlassen einer Fahrbahn 11 hindeutet, wird in einem Schwellwerteinsteller 16 der Wert einer ersten Schwelle S1 herabgesetzt, so dass die Daten der vorausschauenden Sensorik 3 nunmehr auch zur Erkennung von feststehenden Objekten neben einer Fahrbahn, insbesondere Bäumen 23, genutzt werden können. Diese Daten werden einem Kollisionsklassifizierer 15 zugeführt, der dadurch Kollisionen vorhersehen und ggf. nach Art und/oder Schwere klassifizieren kann. Beim Vorhersehen einer Kollision setzt der Kollisionklassifizierer 15 eine Voreinstellung 17 für Schutzmaßnahmen auf einen zweiten, im Vergleich zu dem ersten Wert S2h, niedrigeren Wert S2n einer zweiten Schwelle S2. Kommt dann von einem Kollisionssensor 7 über einen dritten Eingang 20 ein Signal, dass eine Kollision begonnen hat, so kann der Kollisionklassifizierer geeignete Sicherheitskomponenten 5, 6 auslösen, insbesondere über einen ersten Ausgang 21 einen Airbag 5 und/oder über einen zweiten Ausgang 22 einen Gurtstraffer 6 oder eine Sitzverstellung (die Ansteuerung weiterer Schutzkomponenten ist natürlich möglich). Findet keine Kollision statt, so kann die zweite Schwelle S2 nach einem vorgebbaren Zeitintervall Delta t wieder auf einen ersten Wert S2h gesetzt werden. Auch die erste Schwelle S1 kann wieder auf den ersten Wert Slh gesetzt werden.
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Das beschriebene System erhöht die Sicherheit von Insassen eines Kraftfahrzeugs durch geschickte Kombination der Daten einer Inertialsensorik und einer vorausschauenden Sensorik, so dass auch Objekte wie Bäume neben einer Fahrbahn im Falle einer bevorstehenden Kollision rechtzeitig erkannt und Schutzsysteme schon vor einer Kollision sensibler geschaltet werden können.
