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Die Erfindung betrifft ein Verfahren eines optischen Sensors an einem Kraftfahrzeug.
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Im Stand der Technik sind optische Sensoren für Kraftfahrzeuge bekannt, insbesondere für Fahrerassistenzsysteme. Jeder optische Sensor weist einen Raumwinkel auf, der sensiert werden kann. Es können lediglich Objekte sensiert werden, die sich innerhalb dieses Raumwinkels aufhalten. Bei Kraftfahrzeugen können jedoch Situationen auftreten, bei denen relevante Objekte, die sich in einem Fahrbereich des Kraftfahrzeugs befinden schlecht oder gar nicht detektiert werden können. Dies kann beispielsweise eine schwere Beladung des Fahrzeugs sein, große Beschleunigungen, ein entsprechender Verlauf der Fahrbahn oder auch eine Kombination daraus. Bei kleinen Objekten ist zudem eine hohe Auflösung des Sensors notwendig, um diese Rechtzeitig zu erkennen. Eine hohe Auflösung bedingt zudem einen kleinen Raumwinkel. Um diesen Problemen entgegenzuwirken müsste für einen großen Raumwinkel einen aufwändigen und teuren Sensor bereitgestellt werden.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2005 030 838 A1 zeigt ein Nightvisionsystem, bei dem eine Bilderfassungseinheit das Bild der Umgebung eines Kraftfahrzeugs aufnimmt. Dabei ist vorgesehen, dass die Lage der Bilderfassungseinrichtung in Abhängigkeit der Fahrsituation verändert wird.
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Es ist daher Aufgabe ein Verfahren bereitzustellen, bei dem ein kostengünstiger Sensor eine zuverlässige Sensierung von Objekten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten dar.
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Das Verfahren ist für einen optischen Sensor an einem Kraftfahrzeug geeignet. Insbesondere ist der Sensor Teil eines Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Sensor handelt es sich insbesondere um einen LIDAR Sensor.
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Das Kraftfahrzeug weist eine Ausrichteinheit und einen Sensor auf. Die Ausrichteinheit ist an einem Aufbau des Kraftfahrzeugs angeordnet, insbesondere an diesem befestigt. Der optische Sensor ist an der Ausrichteinheit angeordnet, insbesondere an diesem befestigt. Mithilfe der Ausrichteinheit kann eine Ausrichtung oder Position des Sensors gegenüber dem Aufbau verändert werden. Dies kann insbesondere eine Rotation um eine oder um mehrere Achsen sein. Ebenso kann es sich dabei um eine translatorische Verstellung oder eine Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung handeln. Zudem wird bei Fahrzeugen ein hoher Wert auf die Optik gelegt. Diesbezüglich stellen gleichmäßige Spaltmaße der Karosserie eine besonders wichtige Rolle, weshalb diesbezüglich große technische und auch finanzielle Aufwendungen gemacht werden, um beim Betrachten des Fahrzeugs bei Stillstand oder geringen Geschwindigkeiten ein harmonisches Gesamtbild des Kraftfahrzeugs bereit zu stellen. Durch das Verfahren können diese optischen Anforderungen, insbesondere bei Stillstand des Fahrzeugs, und die technischen Anforderungen einer korrekten Ausrichtung des Messsystems gleichzeitig erfüllt werden.
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Insbesondere stellt die Ausrichteinheit eine Rotation des Sensors um eine vertikal ausgerichtete Achse bereit, sodass ein Sichtbereich bzw. Raumwinkel des Sensors gegenüber einem Untergrund ausgerichtet werden kann. Der Sensor kann dadurch derart ausgerichtet werden, dass er weder in den Himmel, noch in den Boden, sondern an einer Oberfläche eines Fahruntergrunds entlang.
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Bei dem Sensor kann es sich um den Detektor eines Messsystems, eine Empfangseinheit eines Messsystems oder das gesamte optische Messsystem handeln. Dementsprechend kann auf der Ausrichteinheit die Messeinrichtung, die Empfangseinheit oder auch den Detektor tragen. Die Ausrichteinheit ist, je nach konstruktiver Ausführungsvariante des Messsystems, innerhalb des Messsystems oder außerhalb des Messsystems angeordnet. Die Ausrichteinheit ist in jedem Fall unmittelbar oder mittelbar an dem Aufbau des Kraftfahrzeugs befestigt.
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Gemäß dem Verfahren ist der Sensor bei Stillstand oder bei der Bewegung des Kraftfahrzeugs in einem definierten Geschwindigkeitsbereich in einer Grundposition gegenüber dem Aufbau ausgerichtet.
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Der definierte Geschwindigkeitsbereich kann sich über die dem Fahrzeug möglichen Geschwindigkeiten erstrecken. Ein vorteilhafter definierter Geschwindigkeitsbereich erstreckt von -10 km/h bis 20 km/h. Dies umfasst auch den Stillstand des Fahrzeugs. Ein alternativer definierter Geschwindigkeitsbereich erstreckt sich von -20 km/h bis 50 km/h. Insbesondere umfasst der definierte Geschwindigkeitsbereich den Stillstand des Kraftfahrzeugs. Günstigerweise ist der definierte Geschwindigkeitsbereich als ein ununterbrochener Bereich ausgebildet.
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Die Grundposition ist eine definierte Position des Sensors gegenüber dem Aufbau und entspricht einer bestimmten Ausrichtung des Sensors, welche innerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs eingenommen wird. Die Begriffe Ausrichtung und Position haben in dieser Schrift dieselbe Bedeutung. Die Notwendigkeit für diese Grundposition kann durch verschiedene technische Anforderungen bedingt sein. Beispielsweise kann für eine korrekte Kalibrierung des Messsystems eine definierte Ausrichtung oder Position in Form einer Grundposition notwendig sein, welche zu Beginn einer jeden Fahrt durchgeführt werden.
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Die Position des Sensors wird bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs außerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs gegenüber der Grundposition geändert oder unterscheidet sich von der Grundposition.
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Eine solche Änderung der Position bzw. Ausrichtung des Sensors bietet eine Mehrzahl an Vorteilen. Insbesondere kann der Sichtbereich des Sensors an äußere Einflüsse angepasst werden, wie Beladungszustand, Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs oder auch bei großen Höhenunterschieden einer vorausliegenden Fahrbahn. Durch die Möglichkeit der Änderung der Position gegenüber dem Aufbau können diese Faktoren ausgeglichen werden, wobei zudem der Sensor bezüglich des Sichtbereichs geringere Anforderungen erfüllen kann und dadurch kostengünstiger wird. Insbesondere kann durch das Verfahren ein kostengünstiger Sensor verwendet werden, der einen kleineren Raumwinkel bei hoher Auflösung abdeckt. Ein Sensor, der bei der gleichen Auflösung einen entsprechend größeren Raumwinkel betrachtet, kostet ein Vielfaches.
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Innerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs ist die Grundposition des Sensors ausreichend, um die Umgebung ausreichend genau zu sensieren. Die maximale Sensorreichweite ist bei geringen Geschwindigkeiten, insbesondere im Stadtverkehr, nicht notwendig. Bei schnellerer Fahrt, beispielsweise auf der Landstraße oder Autobahn ist es von Vorteil die maximale Sensorreichweite vollständig auszunutzen, um Hindernisse auf der Fahrbahn oder langsame Verkehrsteilnehmer frühzeitig zu erkennen. Die Grundposition, die innerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs eingenommen wird, beeinflusst die Leistungsfähigkeit des Sensors aufgrund der Rahmenbedingungen innerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs nicht negativ, da eine kleinere Messreichweite als die maximal mögliche Messreichweite benötigt wird.
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Im Weiteren werden vorteilhafte Ausführungsvarianten erläutert.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Position oder Ausrichtung des Sensors bei Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs außerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs durch Rotation um eine horizontale Achse geändert wird.
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Insbesondere kann sich die Änderung der Ausrichtung ausschließlich um diese horizontale Achse ändern. Der Sichtbereich des Sensors wird dadurch nach oben, in Richtung Himmel, und / oder nach unten, Richtung Boden, geneigt. Optional kann sich die Position des Sensors auch um eine oder mehrere rotatorische und / oder translatorische Relativrichtungen ändern.
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Die Änderung der Position kann beim Verlassen des definierten Geschwindigkeitsbereichs durch eine einmalige Änderung bereitgestellt werden. Alternativ kann die Position während der gesamten Zeit außerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs bei Bedarf angepasst werden. Hierzu kann eine optimale Position ermittelt werden, die sodann eingestellt wird.
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Günstigerweise wird der Sensor bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs außerhalb des Geschwindigkeitsbereichs ausrichtet, sodass der Sensor einen Fahrbereich des Kraftahrzeugs optimal sensieren kann.
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Insbesondere werden die Messdaten des Messsystems verwendet, um den Sichtbereich des Sensors optimal auf den Fahrbereich auszurichten. Alternativ können auch Lenkeinschlag, Geschwindigkeit und / oder auch weitere Fahrzeugparameter für die optimale Ausrichtung des Sensors relevant sein und verwendet werden. Dadurch wird der relevante Fahrbereich optimal ausgeleuchtet und sensiert. Der Fahrbereich entspricht dem Teil des Untergrunds, den das Fahrzeug voraussichtlich überfahren wird.
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Mit Vorteil wird der Sensor bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs außerhalb des Geschwindigkeitsbereichs horizontal zu einer neutralen Fahrzeugebene ausrichtet wird.
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Die neutrale Fahrzeugebene ist an dem Fahrzeug bei einem definierten Ruhezustand bestimmt. Die tatsächliche Fahrzeugebene ändert sich gegenüber der neutralen Fahrzeugebene, beispielsweise durch Beladung oder Beschleunigung. Der Sichtbereich des Sensors betrachtet aufgrund dessen weder den Boden, noch den Himmel.
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In einer Ausgestaltung wird der Sensor bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs außerhalb des Geschwindigkeitsbereichs an einer Fahrbahn ausrichtet.
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Insbesondere werden die Messdaten des Messsystems verwendet, um den Sichtbereich des Sensors optimal auf den Fahrbereich auszurichten. Dadurch wird die Fahrbahn optimal ausgeleuchtet und sensiert. Die Fahrbahn entspricht einem befestigten Weg.
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Erfindungsgemäß wird die Position des Messsystems anhand des Beladungszustand, der aktuellen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und / oder dem Verlauf der Fahrbahn geändert.
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Das Verfahren wird im Weiteren anhand mehrerer Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
- 1 Schematische Darstellung eines Sensors an einem Kraftfahrzeug;
- 2a-c Ausrichteinheit für den Sensor;
- 3 Ablaufplan für das Verfahren zur Ausrichtung des Sensors.
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Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit zwei Sensoren 12, 14. Das Kraftfahrzeug kann sich auf einem Untergrund, insbesondere auf einer Fahrbahn 16, fortbewegen. Die Sensoren 12 und 14 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 18 angeordnet.
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Der erste Sensor 12 ist ein Nahfeldsensor, der zweite Sensor 14 ist ein Fernfeldsensor. Der Nahfeldsensor 12 sensiert einen ersten Raumwinkel 20, der durch Strichlinien dargestellt ist. Der Fernfeldsensor 14 sensiert einen zweiten Raumwinkel 22, der durch durchgezogene Linien verdeutlicht ist. Der erste Raumwinkel 20 weist einen größeren Öffnungswinkel auf als der zweite Raumwinkel 22 und kann dadurch ein breites Umfeld des Fahrzeugs 10 sensieren. Der zweite Raumwinkel 22 weist einen kleineren Öffnungswinkel auf als der erste Raumwinkel, verfügt innerhalb dieses kleineren Öffnungswinkels jedoch über eine höhere Auflösung. Gegenüber dem ersten Sensor 12 kann der zweite Sensor 14 Objekte bereits bei größeren Abständen sensieren.
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Der erste Sensor 12 dient hauptsächlich einer Umfeldüberwachung, wobei der zweite Sensor 14 insbesondere die vorausliegende Fahrbahn 16 sensiert, um für den Fahrweg besonders genaue Informationen bereitzustellen.
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Je nach Beladung, Beschleunigung des Kraftfahrzeugs oder Randbedingungen der Fahrbahn ändert sich eine Blickrichtung 24 der Sensoren 12, 14 gegenüber der Fahrbahn 16. Die Blickrichtung 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel für beide Sensoren 12, 14 identisch gewählt. Bei der Verwendung mehrerer Sensoren kann sich die Blickrichtung jedes Sensors von der Blickrichtung der anderen Sensoren unterscheiden.
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In der 1 ist die Blickrichtung 24 parallel zu der Oberfläche der Fahrbahn 16. Die Blickrichtung 24 kann sich unter anderem aufgrund der genannten Gründe ändern, sodass die Blickrichtung nach unten, auf den Untergrund, oder nach Oben, in den Himmel, zeigt. Die Funktion des Nahfeldsensors 12 wäre hierdurch nicht beeinträchtigt. Die Funktion des Fernfeldsensors 14 kann sich jedoch stark verschlechtern, wenn aufgrund der geänderten Blickrichtung der Raumwinkel von der Fahrbahn 16 nach oben weg weist oder nach unten in die Fahrbahn 16 weist. Dadurch verringert sich die maximale Reichweite des optischen Sensors 14.
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Das Gehäuse1 8 der Sensoren 12 und 14 ist an einer Ausrichteinheit 26 angeordnet, siehe 2a bis 2c. Die Ausrichteinheit 26 ist an einem Aufbau 28 des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet. Das Gehäuse 18 umfasst hierbei das gesamte Messsystem inklusive des Detektors. Beispielsweise kann auch lediglich der Detektor an der Ausrichteinheit 26 angeordnet sein, um eine Änderung des Sichtbereichs bereitzustellen.
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Die Ausrichteinheit ermöglicht eine Rotation des Gehäuses 18 und eine horizontale Achse und damit eine Anhebung oder Absenkung der Sichtbereiche 20 und 22. Insbesondere werden die Sichtbereiche 20 und 22 dadurch nach oben oder nach unten geschwenkt.
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Die 2a zeigt eine definierte Position des Sensors und dessen Blickrichtung 24 gegenüber dem Kraftfahrzeug 10. Diese definierte Ausrichtung bzw. Position des Sensors stellte eine Grundposition der Sensoren 12, 14 gegenüber dem Aufbau 28 dar. Die Blickrichtung 24 ist parallel zu einer Ebene des Aufbaus 32. Die Ebene des Aufbaus 32 ändert ist immer identisch zu dem Aufbau und bewegt sich bei Beladung und Beschleunigung mit dem Aufbau mit.
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In der 2b ist das Gehäuse 18 und die Blickrichtung 24 nach oben gerichtet, sodass ein Winkel α zwischen der Ebene des Aufbaus 32 und dem Gehäuse 18 auftritt. Die 2c zeigt das Gehäuse 18, welches nach unten gedreht ist. Durch die Ausrichteinheit 26 kann der Sichtbereich 20 und 22 der Sensoren 12 und 14 geändert werden, um den Beladungszustand oder Nickbewegungen des Aufbaus beim Beschleunigen oder Abbremsen auszugleichen. Die Ebene des Aufbaus 32 stellt in einem definierten Ruhezustand die neutrale Fahrzeugebene des Fahrzeugs bereit. Die neutrale Fahrzeugebene ändert sich beispielsweise nicht bei Änderung der Beladung, wobei sich die Ebene des Aufbaus 32 bei Änderung der Beladung ändert. In den 2a - 2c fällt die Ebene des Aufbaus 32 und die neutrale Fahrzeugebene zusammen.
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Das Kraftfahrzeug 10 und die Sensoren 12 und 14 können auch derart ausgebildet sein, dass einer der Sensoren, vorzugsweise der Nahfeldsensor 12 fest mit dem Aufbau verbunden ist, wobei der andere Sensor, vorzugsweise der Fernfeldsensor 14, an der Ausrichteinheit 26 angeordnet ist.
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In der 3 ist das Verfahren zum Ausrichten des Fernfeldsensors 14 als Ablaufplan dargestellt. Das Verfahren wird dauerhaft ausgeführt, wenn das Fahrzeug aktiviert ist. In einem ersten Schritt 34 wird die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt und mit einem definierten Geschwindigkeitsbereich verglichen. Ein solcher Geschwindigkeitsbereich reicht beispielsweise von -20 km/h bis 60 km/h.
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Liegt die tatsächliche Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 außerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs, so wird die Position des Sensors gemäß Schritt 36 geändert. Diese Änderung kann beispielsweise eine festvorgegebenen Position sein. Nach der Änderung der Position beginnt das Verfahren erneut. Gegebenenfalls kann vor dem Neubeginn eine Wartezeit eingelegt werden.
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In einer anderen Variante können vor der Änderung der Ausrichtung gemäß Schritt 36 weitere optionale Schritte 38 und 40 durchgeführt werden. Die Schritte 38 und 40 sind durch gestrichelte Linien dargestellt. In Schritt 38 wird eine korrekte Ausrichtung des Sensors ermittelt. Diese Ermittlung kann nach verschiedenen Prinzipien durchgeführt werden. Beispielsweise kann diese Ermittlung auf mehreren Parametern es Kraftfahrzeugs beruhen, wie beispielsweise Beladung, aktuelle Beschleunigung, usw. In einem anderen Fall können die Messdaten des Sensors ausgewertet werden, um eine korrekte Ausrichtung zu bestimmen. Auch die Kombination er beiden Varianten ist möglich.
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Die ermittelte Position wird sodann in Schritt 40 mit der tatsächlichen Position verglichen. Stimmt die ermittelte Position mit der tatsächlichen Position überein, so beginnt das Verfahren erneut mit Schritt 34, gegebenenfalls nach einer Wartezeit. Stimmen die ermittelte Positionen und die tatsächliche Position nicht überein, so wird die tatsächliche Position gemäß Schritt 36 in die ermittelte Position geändert. Sodann startet das Verfahren bei Schritt 34 neu, gegebenenfalls nach einer Wartezeit.
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Wird gemäß Schritt 34 festgestellt, dass die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs innerhalb des definierten Geschwindigkeitsbereichs liegt, so wird gemäß Schritt 42 ermittelt, ob der Sensor in Grundposition ausgerichtet ist. Ist der Sensor in Grundposition, so wird das Verfahren bei Schritt 34 neu gestartet, gegebenenfalls nach einer Wartezeit. Steht der Sensor nicht in Grundposition, so wird gemäß Schritt 44 für den Sensor die Grundposition eingestellt. Anschließend startet das Verfahren gemäß Schritt 34 erneut, gegebenenfalls nach einer Wartezeit.
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Je nach konstruktivem Aufbau der Ausrichteinheit 26 können der Schritt 40 und 42 optional sein. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Anlegen einer Spannung die korrekte Position bereitstellt. In dem Fall, dass beispielsweise ein Schrittmotor einen Differenzweg bereitstellen muss, stehen die Schritte 40 und 42 stellvertretend für die Ermittlung der Differenz und der Bereitstellung der Steuerpulse für die Ausrichteinheit, die sodann in Schritt 36 und 44 zur Änderung der Position umgesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- erster Sensor, Nahfeldsensor
- 14
- zweiter Sensor, Fernfeldsensor
- 16
- Fahrbahn
- 18
- Gehäuse
- 20
- erster Raumwinkel
- 22
- zweiter Raumwinkel
- 24
- Blickrichtung
- 26
- Ausrichteinheit
- 28
- Aufbau
- 30
- horizontale Achse
- 32
- Ebene des Aufbaus
- 34
- Schritt
- 36
- Schritt
- 38
- Schritt
- 40
- Schritt
- 42
- Schritt
- 44
- Schritt
- α
- Winkel
