DE102017222568A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Reibwerts für einen Kontakt zwischen einem Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn und Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen eines Reibwerts für einen Kontakt zwischen einem Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn und Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Reibwerts für einen Kontakt zwischen einem Reifen eines Fahrzeugs (102) und einer Fahrbahn. Das Verfahren weist einen Schritt des Verarbeitens von Sensorsignalen (140) unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift auf, um verarbeitete Sensorsignale zu erzeugen. Die Sensorsignale (140) repräsentieren von zumindest einer Erfassungseinrichtung (104, 109) eingelesene, mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten. Die verarbeiteten Sensorsignale repräsentieren zumindest einen vorläufigen Reibwert bezüglich zumindest eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn. Das Verfahren weist auch einen Schritt des Ermittelns des Reibwerts für einen gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn unter Verwendung der verarbeiteten Sensorsignale und eines geostatistischen Prozesses auf. Der Reibwert wird unter Verwendung einer als Linearkombination deterministischer Funktionen definierten Trendfunktion und einer Zufallsvariable ermittelt. Die Trendfunktion repräsentiert einen lokalen Trend von Zustandsdaten. Zusätzlich beschreibt der Prozess beispielsweise die Verarbeitung verschiedener vorläufiger Reibwerte aus unterschiedlichen Sensoren, die in gewichteter Kombination zur Ermittlung des Reibwerts für einen gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn verwendet werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
  • Für Fahrzeugbewegungen kann unter anderem der Reibwert zwischen den Reifen eines Fahrzeugs und der Fahrbahn von Bedeutung sein. Für die direkte aktive Reibwertmessung in speziellen Situationen, wie beispielsweise einer Flugfeldreibwertbestimmung, können Messfahrzeuge mit Reibwertmesstechnik zum Einsatz kommen. Die Reibwertmesstechnik solcher Messfahrzeuge basiert auf einer Kraftmessung, bei der die Reibkraft mit Hilfe der bekannten Normalkraft beispielsweise mittels der nötigen Bremskraft und dem nötigen Bremsmoment bestimmt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung, die /oder/ ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
  • Die aktuellen Entwicklungen im Bereich vernetzter Fahrzeuge ermöglichen einen Austausch von Sensorik-Daten beispielsweise über die aktuelle Fahrbahn, die Geschwindigkeit der Fahrzeuge und die Verkehrssituation. Dem Fahrzeug werden Informationen über die Umgebung breitgestellt, die es allein mit eigener Sensorik nicht generieren könnte. In diesem Kontext spielt auch der Straßenreibwert eine große Rolle. Der Reibwert kann hier zum Beispiel genutzt werden, um automatisiert Fahrzeuggeschwindigkeiten zum Beispiel vor Kurven zu setzen, vor allem bei schwierigen Straßenverhältnissen wie Nässe oder Schnee. Die Herausforderung liegt in der Entwicklung geeigneter Systeme und Algorithmik, die es ermöglichen, einen guten Reibwert aus den Sensorikdaten zu schätzen. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt ein solches Verfahren zur Interpolation eines guten Reibwerts mit Hilfe der Methoden der Geo-Statistik zur Modellierung der räumlichen Zusammenhänge zwischen Reibwerten.
  • Gemäß Ausführungsformen kann ein Reibwert zwischen einer Fahrbahn und einem Fahrzeug insbesondere durch einen zeitfolgenbasierten statistischen Ansatz bestimmt werden. Hierbei kann der Reibwert beispielsweise unter Verwendung von Sensorikdaten bzw. Sensorsignalen als ein Schätzwert bzw. eine Wahrscheinlichkeitsverteilung von Reibwerten bestimmt werden, insbesondere unter Verwendung der Prozesse aus der Geo-Statistik zur Modellierung räumlicher Zusammenhänge zwischen Reibwerten. Der Reibwert kann zum Steuern einer Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs verwendet werden, insbesondere einer Assistenzfunktion. Insbesondere kann eine serverbasierte Erstellung einer Reibwertkarte unter Verwendung eines geostatistischen Prozesses realisiert werden. Die von vielen verschiedenen Fahrzeugen gewonnenen Sensorikdaten können beispielsweise via Mobilfunknetze an ein Server-Backend gesendet werden und dort beispielsweise unter Berücksichtigung weiterer Zustandsdaten verarbeitet werden, damit ein ortsabhängiger Reibwert aggregiert werden kann.
  • Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen insbesondere eine genaue und zuverlässige Einschätzung einer Reibung zwischen Fahrzeug und Fahrbahn ermöglicht werden. Hierbei können beispielsweise Daten aus einer Mehrzahl von Quellen verwendet werden und somit Schwarmwissen genutzt werden. So können insbesondere auch Auswirkungen etwaiger Sensorfehler verringert werden und Ergebnisse statistischer Auswertung für die Reibwertbestimmung verbessert werden. Des Weiteren kann beispielsweise ein großer Nutzerkreis angesprochen werden. Auch kann ein Einrichtungsaufwand zum Nutzen der Reibwertbestimmung gering und kostengünstig gehalten werden, insbesondere im Vergleich zu dedizierter Reibwert-Sensorik. Optional kann die Reibwertbestimmung mit anderen Connectivity-Funktionen kombiniert werden. Insbesondere kann die Reibwertbestimmung Ergebnisse über Straßenabschnitte auch für Fahrzeuge bereitstellen, die solche Straßenabschnitte noch nicht selbst befahren haben.
  • Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Reibwerts für einen Kontakt zwischen einem Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
    • Das Verarbeiten von Sensorsignalen unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift, um verarbeitete Sensorsignale zu erzeugen, wobei die Sensorsignale von zumindest einer Erfassungseinrichtung eingelesene, mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten repräsentieren, wobei die verarbeiteten Sensorsignale zumindest einen vorläufigen Reibwert bezüglich zumindest eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn repräsentieren; und
    • Ermitteln des Reibwerts für einen gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn unter Verwendung der verarbeiteten Sensorsignale und eines geostatistischen Prozesses, wobei der Reibwert unter Verwendung einer als Linearkombination deterministischer Funktionen definierten Trendfunktion ermittelt wird, wobei die Trendfunktion einen lokalen Trend von Zustandsdaten repräsentiert.
  • Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Hierbei kann der Reibwert als ein Schätzwert und zusätzlich oder alternativ als eine Wahrscheinlichkeitsverteilung einer Reibung an einer bestimmten Stelle oder Region der Fahrbahn bestimmt werden. Der Reibwert kann auch einen Wertebereich repräsentieren, wobei der Reibwert beispielsweise einen Mittelwert und ein Konfidenzintervall oder dergleichen repräsentiert. Der Reibwert kann zur Verwendung für eine Ansteuerung einer Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs bestimmt sein, insbesondere eine Assistenzfunktion oder ein Assistenzsystem eines Fahrzeugs. Die Zustandsdaten können durch die zumindest eine Erfassungseinrichtung gewonnene, physikalische Messwerte repräsentieren, beispielsweise Wetterdaten, geografische oder topografische Daten oder Straßendaten. Eine Erfassungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die Zustandsdaten in Gestalt der Sensorsignale zu erfassen und zusätzlich oder alternativ bereitzustellen. Ein vorläufiger Reibwert kann einen für einen gemessenen Teilabschnitt der Fahrbahn bestimmten Reibwert repräsentieren. Ein vorläufiger Reibwert kann einen gültigen Reibwert für einen gemessenen Teilabschnitt der Fahrbahn repräsentieren. Das Verfahren kann auch einen Schritt des Einlesens der Sensorsignale von einer Schnittstelle zu der zumindest einen Erfassungseinrichtung aufweisen. Auch kann das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Reibwerts in Gestalt eines Steuersignals zur Ausgabe an eine Schnittstelle zu mindestens einem Fahrzeug aufweisen. Um den Reibwert unter Verwendung einer als Linearkombination deterministischer Funktionen definierten Trendfunktion und einer Zufallsvariable zu ermitteln, kann der Reibwert als Summe der Trendfunktion und der Zufallsvariable modelliert werden. Zusätzlich kann ein Zusammenhang von verschiedenartigen Sensorsignalen modelliert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird im Schritt des Ermittelns der Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn unter Verwendung von Kriging und/oder Co-Kriging als geostatistischem Prozess ermittelt. Hierbei kann ein Zusammenhang zwischen dem Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn und dem zumindest einen vorläufigen Reibwerts bezüglich zumindest eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn unter Verwendung eines Gewichtungsfaktors modelliert werden. Der Gewichtungsfaktor kann mittels Kriging und/oder Co-Kriging bestimmt werden. Das sogenannte Kriging kann auch als Krigen oder Gaußprozess-Regression bezeichnet werden. Das Kriging kann als sogenanntes Universal Kriging bzw. universelles Kriging ausgeführt sein oder werden und/oder als Co-Kriging. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Reibwerte auch für Zwischenräume zwischen Messpunkten genau bestimmt werden können. So kann auch eine Erstellung einer räumlichen Karte ermöglicht werden, indem Zusammenhänge zwischen Messorten ermittelt werden, um auch Reibwerte an gewünschten Stellen zwischen Messpunkten optimal prädizieren zu können. Gemäß der hier vorgestellten Ausführungsform wird der Reibwert unter Verwendung einer als Linearkombination deterministischer Funktionen definierten Trendfunktion ermittelt, wobei die Trendfunktion einen lokalen Trend von Zustandsdaten repräsentiert. Die Zustandsdaten können beispielsweise Umweltattribute und/oder Straßenattribute sein. Unter einem Attribut kann vorliegend ein Wert eine oder Information verstanden werden, die einen Zustand der Umwelt oder der Straße qualtitativ und/oder quantitativ abbildet oder repräsentiert. So kann eine solche räumliche Karte vorteilhafterweise auch weitere Einflussgrößen in Form von Zustandsdaten aufweisen, die eine noch präzisere Ermittlung des Reibwerts ermöglichen.
  • Auch kann im Schritt des Ermittelns ein räumlicher Zusammenhang zwischen Teilabschnitten der Fahrbahn unter Verwendung eines Semivariogramms modelliert werden. Insbesondere kann mittels des Semivariogramms der vorstehend genannte Gewichtungsfaktor bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine räumliche Varianz eines geografischen Gebietes sicher und zutreffend berücksichtigt werden kann. Somit kann der Reibwert vorteilhaft als ein gewichteter Mittelwert mit auf ein Minimum optimierter Varianz ermittelt werden.
    Gemäß der hier vorgestellten Ausführungsform kann im Schritt des Ermittelns die Modellierung eines räumlichen Zusammenhangs um weitere Einflussgrößen in Form von Zustandsdaten erweitert werden. Die Zustandsdaten können beispielsweise in der Trendfunktion modelliert sein, oder das Ermitteln des räumlichen Zusammenhangs kann unter Verwendung eines um ein sogenanntes Cross-Variogram erweitertes Semivariogramm modelliert sein.
  • Ferner kann im Schritt des Ermittelns der Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn aus vorläufigen Reibwerten bezüglich gemessener Teilabschnitte der Fahrbahn unter Verwendung des geostatistischen Prozesses interpoliert werden. Zusätzlich oder alternativ können im Schritt des Ermittelns vorläufige Reibwerte bezüglich eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn unter Verwendung des geostatistischen Prozesses zu einem Reibwert zusammengefasst werden. Zusätzlich oder alternativ können außerdem im Schritt des Ermittelns weitere Einflussgrößen in Form der Zustandsdaten, beispielsweise Umweltattribute oder Straßenattribute zur Prädikation des Reibwertes verwendet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Reibwerte für Zwischenräume zwischen Messpunkten zuverlässig und genau bestimmt werden können bzw. Lücken in einer Reibwertkarte zuverlässig und genau geschlossen werden können. Darüber hinaus wird die Prädikation des Reibwertes durch die Möglichkeit, weitere Einflussgrößen zu berücksichtigen zuverlässiger und genauer.
  • Zudem kann im Schritt des Ermittelns für jeden gemessenen Teilabschnitt der Fahrbahn zumindest ein Parameter des geostatistischen Prozesses eingestellt werden. Insbesondere kann der zumindest eine Parameter des geostatistischen Prozesses abhängig von einer Art, Eigenschaft und zusätzlich oder alternativ Herkunft der Zustandsdaten eingestellt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der geostatistische Prozess an die Art von Sensorsignalen bzw. Erfassungseinrichtungen angepasst werden kann, um in einer Einsatzumgebung verfügbare Datenquellen für eine genaue Bestimmung des Reibwerts berücksichtigen zu können.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ermittelns als mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten zumindest ein Umweltattribut, insbesondere die Pollenflugdichte und/oder der Laubfall und/oder die Erdbodenbeschaffenheit und/oder Topologie verwendet werden. Durch die Erweiterung des Modells durch Umweltgrößen wie Pollenflug oder Laubbedeckung, beispielsweise in Waldgebieten in Verbindung mit der (Jahres-) Zeitabhängigkeit kann die Reibwertschätzung zusätzlich verbessert werden. Durch den Einfluss dieser Größen auf den verfügbaren Reibwert können somit genauere und besser der Umgebung und der Jahreszeit angepasste Reibwerte geschätzt werden.
  • Außerdem kann gemäß einer Ausführungsform im Schritt des Ermittelns als mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten zumindest ein Straßenattribut, insbesondere die Straßenoberfläche und/oder die Straßenart und/oder die Verkehrsdichte und/oder bauliche Besonderheiten und/oder die Abnutzung der Straße und/oder eine Streuung mit Salz verwendet werden. Die Art der Straßenoberfläche, ob die Straße beispielsweise eine Asphaltstraße oder ein Schotterweg ist, kann ebenso Einfluss auf den Reibwert haben wie die Straßenart (Autobahn, Hauptstraße, Nebenstraße), die Verkehrsdichte oder bauliche Besonderheiten wie eine Brücke, eine Unterführung oder ein Tunnel und die Streuung mit Salz. Die Abnutzung der Straße kann auch zeitlich modelliert in die Ermittlung des Reibwerts aufgenommen werden. Vorteilhafterweise kann durch die Berücksichtigung dieser Faktoren der Reibwert genauer bestimmt werden. Einerseits kann durch die Attribute ein überhaupt physikalisch möglicher Reibwert eingegrenzt werden, beispielsweise durch die Straßenattribute „Straßenoberfläche“ und „Abnutzung der Straße“. Andererseits können darüber auch örtlich-zeitliche Modellierungen des Reibwerts besser dargestellt werden.
  • Es wird auch ein Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
    • Empfangen eines Steuersignals, das unter Verwendung eines gemäß einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens bestimmten Reibwertes erzeugt ist; und
    • Ansteuern der Fahrzeugfunktion unter Verwendung des empfangenen Steuersignals.
  • Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einer Vorrichtung oder einem Steuergerät implementiert sein. Die Fahrzeugfunktion kann eine Assistenzfunktion eines Assistenzsystems des Fahrzeugs repräsentieren. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Fahrzeug für hochautomatisiertes Fahren handeln.
  • Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
  • Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
  • Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
  • Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
  • Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung eines vernetzten Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2 eine schematische Darstellung von Teilen des Systems aus 1;
    • 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
    • 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Bevor Ausführungsbeispiele nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren eingehender beschrieben sind, werden zunächst Hintergründe und Grundlagen von Ausführungsbeispielen kurz erläutert.
  • Entwicklungen im Bereich vernetzter Fahrzeuge ermöglichen beispielsweise mittels sogenannter Connectivity-Einheiten einen Austausch von Sensorik-Daten, beispielsweise über den Verkehr oder den Zustand der Straße. Durch eine Verarbeitung solcher Daten und einen daraus resultierenden Informationsgewinn über Straßenabschnitte können beispielsweise hochautomatisiertes Fahren und prädiktive Fahrerassistenzsysteme mit einem Zugewinn an Sicherheit betrieben werden. Insbesondere können einem Fahrzeug Informationen über eine Umgebung bereitgestellt werden, die seitens des Fahrzeugs allein mit eigener Sensorik nicht generiert werden könnten. In diesem Kontext ist auch der Reibwert einen Kontakt zwischen Straße bzw. Fahrbahn und Fahrzeug bedeutsam. In Personenkraftwagen und dergleichen sind üblicherweise keine dedizierten Reibwertsensoren verbaut. Insbesondere ist es durch serverseitige Verarbeitung vieler Sensorikdaten von vielen verschiedenen Fahrzeugen, z. B. Beschleunigungssensorik, in Kombination mit Wettersensorik und straßenseitiger Sensorik, z. B. Glättesensoren, gemäß Ausführungsformen möglich, einen Reibwert für Straßenabschnitte zu bestimmen bzw. zu schätzen. Solche Informationen über den Reibwert können dann zur weiteren Funktionsentwicklung mit dem Ziel der Erhöhung von Sicherheit und Komfort verwendet werden.
  • In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines vernetzten Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das System 100 ist ausgebildet, um einen Reibwert für Straßenverkehr zu bestimmen und verwendbar zu machen.
    Das System weist beispielhaft vier Fahrzeuge 102 sowie Fahrzeugsensoren 104 in Gestalt von Fahrdatensensoren und/oder fahrzeuggebundenen Umgebungssensoren auf. Beispielhaft sind außerdem Umweltattribute 106 und Straßenattribute 108 als weitere Einflussgrößen des Reibwertes in Form von Zugangsdaten gezeigt, sowie zumindest eine Datenquelle 109 im Internet. Zur Ermittlung des Reibwertes weist das System 100 mindestens eine erste Vorrichtung 110 und eine zweite Vorrichtung 120 auf. Ferner ist dem System 100 eine Server-Einrichtung 130, ein sogenanntes Server-Backend 130, eine Datenwolke 130 bzw. eine sogenannte Cloud 130. zugehörig und/oder zugeordnet. Eine signalübertragungsfähige Vernetzung innerhalb des Systems 100 kann beispielsweise über Funk oder eine andere Datenübertragungsart realisiert sein.
  • Dabei ist die erste Vorrichtung 110 als ein Teil der Server-Einrichtung 130 realisiert. Die zweite Vorrichtung 120 ist aus Darstellungsgründen in 1 lediglich beispielhaft in einem der Fahrzeuge 102 angeordnet, das hier als ein Empfängerfahrzeug 102 bezeichnet werden kann. Die Fahrdatensensoren 104 sind lediglich beispielhaft in drei der Fahrzeuge 102 angeordnet, die hier als Senderfahrzeuge 102 bezeichnet werden können. Auch das Empfängerfahrzeug 102 kann einen Fahrzeugsensor 104 aufweisen. Auch die Senderfahrzeuge 102 können jeweils eine zweite Vorrichtung 120 aufweisen.
  • Die erste Vorrichtung 110 ist ausgebildet, um einen Reibwert für einen Kontakt zwischen einem Reifen eines Fahrzeugs 102 und einer Fahrbahn zu bestimmen. Hierbei ist die erste Vorrichtung 110 ausgebildet, um Sensorsignale 140 von den Fahrzeugsensoren 104, und Zustandsdaten der Umweltattribute 106 und der Straßenattribute 108 und der Datenquelle 109 einzulesen. Die Sensorsignale 140 repräsentieren Zustandsdaten bzw. physikalische Messwerte, beispielsweise Umgebungsdaten für einen Umgebungsbereich der Umweltattribute 106, und/oder Infrastrukturdaten und/oder Umgebungsdaten für den Umgebungsbereich von den Straßenattributen 108 und/oder Fahrdaten und/oder Umgebungsdaten der Fahrzeuge 102 von den Fahrzeugsensoren 104. Ferner ist die erste Vorrichtung 110 ausgebildet, um unter Verwendung der Sensorsignale 140 den Reibwert zu bestimmen und ein den Reibwert repräsentierendes oder aufweisendes Steuersignal 150 bereitzustellen oder auszugeben. Die zweite Vorrichtung 120 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Steuersignals 150 eine Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs 102, hier des Empfängerfahrzeugs 102, zu steuern.
  • Das System 100 ist so aufgebaut, dass viele Fahrzeuge 102 beispielsweise über ein Mobilfunknetz die Sensorsignale 140 bzw. Sensorikdaten an das Server-Backend 130 bzw. die in demselben realisierte erste Vorrichtung 110 senden. Hinzu kommen Infrastrukturdaten, beispielsweise Straßensensorikdaten, sowie Umgebungsdaten, beispielsweise Wetterdaten, die abgefragt werden können. Mittels der ersten Vorrichtung 110 werden die Sensorsignale 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise mittels eines Kringing-Verfahrens, beispielsweise Ordinary-Kinging oder Co-Kringing in Zeitfolgen verarbeitet, um einen ortsabhängigen Reibwert, hier auch vorläufiger Reibwert genannt, zu aggregieren. Dieser aggregierte Reibwert kann in Form des Steuersignals 150 an weitere Fahrzeuge 102 ortsgenau weitergegeben werden, um teilnehmenden Fahrzeugen 102 so eine Information über den derzeitigen Reibwert in einer jeweiligen Region bzw. einem jeweiligen Umgebungsbereich zu geben.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung von Teilen des Systems aus 1. Von dem System aus 1 sind hierbei in der Darstellung von 2 beispielhaft lediglich die erste Vorrichtung 110 und das Empfängerfahrzeug 102 mit der zweiten Vorrichtung 120 und einer Fahrzeugfunktion 260 gezeigt. Bei der Fahrzeugfunktion 260 handelt es sich beispielsweise um eine Assistenzfunktion eines Assistenzsystems des Empfängerfahrzeugs 102.
  • Die erste Vorrichtung 110 weist eine Verarbeitungseinrichtung 212 und eine Ermittlungseinrichtung 214 auf. Die Verarbeitungseinrichtung 212 ist ausgebildet, um die Sensorsignale 140 unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift zu verarbeiten, um verarbeitete Sensorsignale 245 zu erzeugen. Die Sensorsignale 140 repräsentieren von zumindest einer Erfassungseinrichtung eingelesene, mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten. Die verarbeiteten Sensorsignale 245 repräsentieren zumindest einen vorläufigen Reibwert bezüglich zumindest eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn, wobei der Reibwert unter Verwendung einer als Linearkombination deterministischer Funktionen definierten Trendfunktion und einer Zufallsvariable ermittelt wird, wobei die Trendfunktion einen lokalen Trend von Zustandsdaten repräsentiert.
  • Bei der zumindest einen Erfassungseinrichtung handelt es sich hierbei um die Fahrzeugsensoren und/oder die Datenquelle aus 1. Die Ermittlungseinrichtung 214 ist ausgebildet, um unter Verwendung der verarbeiteten Sensorsignale 245 und eines geostatistischen Prozesses den Reibwert für einen gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn zu ermitteln. Die erste Vorrichtung 110 ist ausgebildet, um den ermittelten Reibwert in Gestalt des Steuersignals 150 auszugeben oder zur Ausgabe bereitzustellen.
  • Die zweite Vorrichtung 120 weist eine Empfangseinrichtung 222 und eine Ansteuereinrichtung 224 auf. Dabei ist die Empfangseinrichtung 222 ausgebildet, um das Steuersignal 150 von der ersten Vorrichtung 110 zu empfangen. Ferner ist die Empfangseinrichtung 222 ausgebildet, um ein empfangenes Steuersignal 255 an die Ansteuereinrichtung 224 auszugeben oder bereitzustellen. Die Ansteuereinrichtung 224 ist ausgebildet, um das empfangene Steuersignal 255 an die Fahrzeugfunktion 260 weiterzuleiten, um die Fahrzeugfunktion 260 unter Verwendung des empfangenen Steuersignals 255 anzusteuern.
  • Alternativ kann die Fahrzeugfunktion 260 direkt unter Verwendung des Steuersignals 150 ansteuerbar sein. Hierbei kann die erste Vorrichtung 110 ausgebildet sein, um ein geeignetes Ansteuersignal 150 für die Fahrzeugfunktion 260 bereitzustellen oder auszugeben. Dabei kann die zweite Vorrichtung weggelassen sein.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Bestimmen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 300 ist ausführbar, um einen Reibwert für einen Kontakt zwischen einem Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn zu bestimmen. Dabei ist das Verfahren 300 zum Bestimmen in Verbindung mit dem System aus 1 bzw. 2 ausführbar. Auch ist das Verfahren 300 zum Bestimmen unter Verwendung bzw. mittels der ersten Vorrichtung aus 1 bzw. 2 ausführbar.
  • In einem Schritt 310 des Verarbeitens werden bei dem Verfahren 300 zum Bestimmen Sensorsignale unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift verarbeitet, um verarbeitete Sensorsignale zu erzeugen. Die Sensorsignale repräsentieren von zumindest einer Erfassungseinrichtung eingelesene, mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten. Die verarbeiteten Sensorsignale repräsentieren zumindest einen vorläufigen Reibwert bezüglich zumindest eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn. Nachfolgend wird in einem Schritt 320 des Ermittelns der Reibwert für einen gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn unter Verwendung der verarbeiteten Sensorsignale und eines geostatistischen Prozesses ermittelt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 320 des Ermittelns der Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn unter Verwendung von Kriging als geostatistischem Prozess ermittelt. Ein Zusammenhang zwischen dem Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn und dem zumindest einen vorläufigen Reibwerts bezüglich zumindest eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn wird dabei unter Verwendung eines Gewichtungsfaktors modelliert. Der Gewichtungsfaktor wird mittels Kriging bestimmt. Ferner wird insbesondere ein räumlicher Zusammenhang zwischen Teilabschnitten der Fahrbahn unter Verwendung eines Semivariogramms und/oder eines Cross-Variograms unter Verwendung von Umweltattributen 106 und/oder Straßenattributen 108 modelliert. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird im Schritt 320 des Ermittelns unter Verwendung des geostatistischen Prozesses der Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn aus vorläufigen Reibwerten bezüglich gemessener Teilabschnitte der Fahrbahn interpoliert und/oder werden vorläufige Reibwerte bezüglich eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn zu einem Reibwert zusammengefasst, und/oder es werden weitere Einflussgrößen in Form der Zustandsdaten zur Prädikation des Reibwertes verwendet, insbesondre Umweltattribute 106 oder Straßenattribute 108. Optional wird im Schritt 320 des Ermittelns für jeden gemessenen Teilabschnitt der Fahrbahn zumindest ein Parameter des geostatistischen Prozesses eingestellt bzw. angepasst bzw. verändert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 310 des Verarbeitens die Sensorsignale unter Verwendung eines geeigneten Signalverarbeitungsverfahrens verarbeitet.
  • Das Verfahren 300 zum Bestimmen weist gemäß einem Ausführungsbeispiel auch einen Schritt 330 des Einlesens der Sensorsignale von einer Schnittstelle zu der zumindest einen Erfassungseinrichtung auf. Auch weist das Verfahren 300 zum Bestimmen optional einen Schritt 340 des Bereitstellens des Reibwerts in Gestalt eines Steuersignals zur Ausgabe an eine Schnittstelle zu mindestens einem Fahrzeug auf.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Steuern gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 400 ist ausführbar, um eine Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs zu steuern. Dabei ist das Verfahren 400 zum Steuern in Verbindung mit dem System aus 1 bzw. 2 ausführbar. Auch ist das Verfahren 400 zum Steuern unter Verwendung bzw. mittels der zweiten Vorrichtung aus 1 bzw. 2 ausführbar.
  • In einem Schritt 410 des Empfangens wird bei dem Verfahren 400 ein Steuersignal empfangen, das unter Verwendung eines Reibwertes erzeugt ist, der durch Ausführen des Verfahrens zum Bestimmen aus 3 oder eines ähnlichen Verfahrens bestimmt ist. In einem nachfolgenden Schritt 420 des Ansteuerns wird unter Verwendung des im Schritt 410 des Empfangens empfangenen Steuersignals die Fahrzeugfunktion angesteuert.
  • Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren werden Ausführungsbeispiele nachfolgend zusammenfassend nochmals mit anderen Worten beschrieben und/oder kurz vorgestellt.
  • Durch verschiedene Schätzverfahren, beispielsweise unter Verwendung von Sensorsignalen 140 hinsichtlich Fahrzeugdaten, Umweltattributen, Straßenattributen etc., werden im Schritt 310 des Verarbeitens bzw. mittels der Verarbeitungseinrichtung 212 zunächst vorläufige, räumlich verteilte Reibwerte mit der jeweiligen Unsicherheit des Messwertes zum jeweiligen Messzeitpunkt erhalten. Bei Schätzverfahren werden in der Regel Reibwerte für einen ganz bestimmten Ort gemessen, d. h. es existieren keine oder unzureichende Daten für Zwischenräume, was allerdings für eine Generierung einer Karte nachteilig ist, aber gemäß Ausführungsbeispielen kann erreicht werden, dass aus diesen Daten eine kontinuierliche Karte erzeugt wird. Auch können sich in manchen Bereichen Messpunkte häufen und diese können gemäß einem Ausführungsbeispiel zusammengefasst werden, was ebenfalls für die Erstellung einer Karte vorteilhaft ist.
  • Zur Erstellung einer räumlichen Karte können gemäß einem Ausführungsbeispiel Zusammenhänge ermittelt werden, um für die Karte auch Reibwerte an Stellen zwischen Messpunkten optimal prädizieren zu können. Insbesondere ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, zur optimalen Interpolation des Reibwertes an Stellen zwischen Messpunkten weitere Einflussgrößen in Form der Zustandsdaten, insbesondere Umweltattribute und Straßenattribute, zu berücksichtigen. Des Weiteren ist es für die Nutzer der Reibwertkarte gemäß eine Ausführungsbeispiel möglich, eine Genauigkeit der Reibwerte aus einer solchen Reibwertkarte zu erkennen, um ggf. Aktionen für weiterführende Funktionen, wie beispielsweise eine Regelung einer Fahrzeuggeschwindigkeit in Kurven aufgrund dieser Daten, herzuleiten.
  • Um den Reibwert unter Verwendung einer als Linearkombination deterministischer Funktionen definierten Trendfunktion und einer Zufallsvariable zu ermitteln, wobei die Trendfunktion einen lokalen Trend von Zustandsdaten repräsentiert, wird der Reibwert als Zufallsvariable modelliert und besteht aus zwei Komponenten, einer Funktion g(s,t,...), die den lokalen Trend modelliert und einer Zufallsvariable ∈(s, t) und kann wie folgt geschrieben werden: μ ( s ) = g ( s , ) + ε ( s )
    Figure DE102017222568A1_0001
  • Des Weiteren wird im Folgenden g(s,...) als Linearkombination g ( s , ) = l = 0 L a l f l ( s )
    Figure DE102017222568A1_0002
    der deterministischen Funktionen f0, f1, ..., fL, den Koeffizienten al ∈ ℝ{0} und der Konvention f0(s,) = 1, dargestellt werden.
  • Um einen Reibwert an einer beliebigen Stelle s0 bzw. einem beliebigen Teilabschnitt der Fahrbahn prädizieren zu können, kann beispielsweise nachfolgender gewichteter Mittelwert verwendet werden: μ ^ ( s 0 ) = i = 1 N w i μ ( s i ) = w μ
    Figure DE102017222568A1_0003
    c 0 = [ γ 1,0 ( s 1 s 0 ) γ N ,0 ( s N s 0 ) ] T
    Figure DE102017222568A1_0004
    f 0 = [ 1 f 1 ( s l 0 ) f N ( s 0 ) ] T
    Figure DE102017222568A1_0005
    1 = [ 1 1 ] T , mit  N  Elementen
    Figure DE102017222568A1_0006
    Γ = [ γ 1,1 ( 0 ) γ 1,2 ( s 1 s 2 ) γ 1, N ( s 1 s N ) γ 2,1 ( s 2 s 1 ) γ 2,2 ( 0 ) γ 2, N ( s 2 s N ) γ N ,1 ( s N s 1 ) γ N ,1 ( s N s 2 ) γ N , N ( 0 ) ]
    Figure DE102017222568A1_0007
    F = [ 1 1 1 f 1 ( s 1 , ) f 1 ( s 2 , ) f 1 ( s N , ) f L ( s 1 , ) f L ( s 2 , ) f L ( s N , ) ]
    Figure DE102017222568A1_0008
    w = Γ 1 [ c 0 F ( F T Γ 1 F ) 1 ( F T Γ 1 c 0 f 0 ) ]
    Figure DE102017222568A1_0009
    λ = ( F T Γ 1 F ) 1 ( F T Γ 1 c 0 f 0 )
    Figure DE102017222568A1_0010
    μ ^ ( s 0 ) = i = 1 N w i μ ( s i ) = w T μ = [ c 0 F ( F T Γ 1 F ) 1 ( F T Γ 1 c 0 f 0 ) ] T Γ 1 μ
    Figure DE102017222568A1_0011
    σ μ ^ ( s 0 ) = i = 1 N w i γ ( s i s 0 ) + l = 0 L λ l f l ( s 0 )
    Figure DE102017222568A1_0012
  • Mit µ ^(s_0) als prädizierter bzw. zu ermittelnder Reibwert an der Stelle s_0, µ(s_i) als gemessener/geschätzter, insbesondere vorläufiger, Reibwert an der Stelle s_i und w_i beispielsweise als Faktor (Summe = 1) bzw. Gewichtungsfaktor, welcher einen Zusammenhang zwischen µ(s_i) und µ ^(s_0 ) modelliert. Somit wird hierfür µ ^(s_0) die Summe für N relevante Messpunkte multipliziert mit dem Gewichtungsfaktor für den Zusammenhang berechnet. Die Gewichtungsfaktoren werden über die räumliche Korrelation hergeleitet.
  • Der räumliche Zusammenhang kann durch ein Semivariogramm modelliert werden: γ ( h ) = 1 2 E [ ( μ ( s ) μ ( s + h ) ) 2 ]
    Figure DE102017222568A1_0013
  • Allerdings kann für die Modellierung weiterer Einflussgrößen dieses noch um die oben genannten Einflussgrößen erweitert werden und ein sogenanntes „Cross-Variogram“ zwischen erstellt werden. Für den Fall, dass das Cross-Variogram zwischen zwei Größen μ ( s ) = Z A ( s ) = g ( s ) + ε ( s )
    Figure DE102017222568A1_0014
    Z B ( s ) = g ( s ) + ε ( s )
    Figure DE102017222568A1_0015
    erstellt werden soll, ergibt sich somit beispielsweise nachfolgende Formel, wobei hier auch noch andere Größen wie beispielsweise ein Trend modelliert werden können. γ A B ( h ) 1 2 n ( h ) i n j m ( Z A ( s i ) Z A ( s j ) ) ( Z B ( s i ) Z B ( s j ) )
    Figure DE102017222568A1_0016
  • Die letztendliche Prädiktion des Reibwertes kann beispielsweise durch ein Verfahren wie Co-Kriging gelöst werden. Es wäre allerdings auch denkbar diese Größen in der Trendfunktion zu berücksichtigen und beispielsweise „Universal Kriging“ zu verwenden.
  • Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims (12)

  1. Verfahren (300) zum Bestimmen eines Reibwerts für einen Kontakt zwischen einem Reifen eines Fahrzeugs (102) und einer Fahrbahn, wobei das Verfahren (300) folgende Schritte aufweist: Verarbeiten (310) von Sensorsignalen (140) unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift, um verarbeitete Sensorsignale (245) zu erzeugen, wobei die Sensorsignale (140) von zumindest einer Erfassungseinrichtung (104, 109) eingelesene, mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten repräsentieren, wobei die verarbeiteten Sensorsignale (245) zumindest einen vorläufigen Reibwert bezüglich zumindest eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn repräsentieren; und Ermitteln (320) des Reibwerts für einen gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn unter Verwendung der verarbeiteten Sensorsignale (245) und eines geostatistischen Prozesses, wobei der Reibwert unter Verwendung einer als Linearkombination deterministischer Funktionen definierten Trendfunktion und einer Zufallsvariable ermittelt wird, wobei die Trendfunktion einen lokalen Trend von Zustandsdaten repräsentiert.
  2. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) der Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn unter Verwendung von Kriging und/oder Co-Kriging als geostatistischem Prozess ermittelt wird, wobei ein Zusammenhang zwischen dem Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn und zumindest eines vorläufigen Reibwerts und/oder einer Kombination von verschiedenen vorläufigen Reibwerten unterschiedlicher Messquellen bezüglich zumindest eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn unter Verwendung eines Gewichtungsfaktors modelliert wird, wobei der Gewichtungsfaktor mittels Kriging und/oder Co-Kriging bestimmt wird.
  3. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) ein räumlicher Zusammenhang zwischen Reibwerten von Teilabschnitten der Fahrbahn aus verschiedenen Datenquellen unter Verwendung eines Semivariogramms und/oder einer mit dem Semivariogramm korrelierenden Größe und/oder einem Cross-Variogram modelliert wird.
  4. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) der Reibwert für den gesuchten Teilabschnitt der Fahrbahn aus vorläufigen Reibwerten bezüglich gemessener Teilabschnitte der Fahrbahn und/oder aus mit dem Reibwert korrelierbaren Zustandsdaten unter Verwendung des geostatistischen Prozesses interpoliert wird, und/oder wobei im Schritt des Ermittelns (320) vorläufige Reibwerte bezüglich eines gemessenen Teilabschnitts der Fahrbahn unter Verwendung des geostatistischen Prozesses zu einem Reibwert kombiniert werden.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) als mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten zumindest ein Umweltattribut (106), insbesondere die Pollenflugdichte und/oder der Laubfall und/oder die Erdbodenbeschaffenheit und/oder die Topologie verwendet wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) als mit dem Reibwert korrelierbare Zustandsdaten zumindest ein Straßenattribut (108), insbesondere die Straßenoberfläche und/oder die Straßenart und/oder die Verkehrsdichte und/oder bauliche Besonderheiten und/oder die Abnutzung der Straße und/oder eine Streuung mit Salz verwendet wird.
  7. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) für jeden gemessenen Teilabschnitt der Fahrbahn zumindest ein Parameter des geostatistischen Prozesses eingestellt wird.
  8. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (310) des Verarbeitens die Sensorsignale (140) unter Verwendung eines geeigneten Signalverarbeitungsverfahrens verarbeitet werden.
  9. Verfahren (400) zum Steuern einer Fahrzeugfunktion (260) eines Fahrzeugs (102), wobei das Verfahren (400) folgende Schritte aufweist: Empfangen (410) eines Steuersignals (150), das unter Verwendung eines nach einem Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche bestimmten Reibwertes erzeugt ist; und Ansteuern (420) der Fahrzeugfunktion (260) unter Verwendung des empfangenen Steuersignals (255).
  10. Vorrichtung (110; 120), die eingerichtet ist, um Schritte eines Verfahrens (300; 400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
  11. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (300; 400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
  12. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
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