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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrzeuge, insbesondere der autonom beziehungsweise teilautonom fahrenden Fahrzeuge. Konkret betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal zur Objekterkennung in einem Umfeld eines Fahrzeugs.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die Objekterkennung spielt im automatisierten Fahren eine zentrale Rolle. Objekte, die sich in einem Umfeld eines selbstfahrenden oder teilweise selbstfahrenden Fahrzeug befinden, müssen mit hoher Genauigkeit und Rechtzeitigkeit erkannt werden. Dies dient dazu, um Maßnahmen zu ergreifen, die eine Kollision mit solchen Objekten, etwa anderen Fahrzeugen, Verkehrsteilnehmern, Personen, Tieren, Bebauungen, Bepflanzungen, öffentlichen und privaten Verkehrseinrichtungen ... usw., zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
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Um eine zuverlässigere und schnellere Objekterkennung zu verwirklichen, sind in der Vergangenheit zahlreiche Lösungsansätze vorgeschlagen worden. Beispielsweise offenbart
DE102018115265A1 eine Vorrichtung zum Senden eines Lichtimpulses mit einer ersten Zeitdauer und zum Empfangen eines reflektierten Lichtimpulses mit einer zweiten Zeitdauer und zum Bestimmen einer Ausrichtung einer Zieloberfläche in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der ersten und zweiten Zeitdauer.
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Es besteht jedoch Bedarf an Verbesserung der Schnelligkeit und Genauigkeit der Objekterkennung. Die bekannten Lösungsansätze sind dahingehend mangelhaft, dass die mittels Umfeldsensoren gewonnene Daten durch das Beseitigen der falschen Positiven nicht hinreichend verwertet werden und zahlreiche Informationen ungenutzt weggefiltert werden. Auch sind die bisherigen Systeme nicht in der Lage, verschiedenen Fahrsituationen (Autobahnen, Stadtverkehr, Witterungen, ... etc.) mit ihren unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Dies schränkt die Zuverlässigkeit der Objekterkennung weiter ein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Objekterkennung im Umfeld eines vollständig oder teilweise autonom fahrenden Fahrzeugs hinsichtlich der Schnelligkeit und Zuverlässigkeit zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Objekterkennung kann es sich beispielsweise um eine elektronische Steuer- oder Regeleinheit (engl. ECU = Electronic Control Unit), ein elektronisches Steuer- oder Regelmodul (ECM = Electronic Control Module) oder eine Steuer-/Regeleinheit für autonomes Fahren (z.B. ein „Autopilot“) handeln. Die Vorrichtung kann sich am Fahrzeug befinden, oder außerhalb bzw. teilweise außerhalb des Fahrzeugs. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Teil einer zentralen Überwachungseinrichtung im Straßenverkehr, insbesondere im Stadtverkehr, im Autobahnverkehr, auf einem zumindest teilweise geschlossenen industriellen, gewerblichen Gelände und/oder auf einer landwirtschaftlichen Nutzfläche sein. Die Kommunikation zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Fahrzeug bzw. zwischen der zentralen Überwachungseinrichtung und dem Fahrzeug kann drahtlos, etwa über BlueTooth, Infrarot, Nahfeld-Kommunikation (Engl.: NFC), Funk, Internet, Intranet, Cloud-Systeme, Blockchain-Systeme, 4G-Kommunikationsnetzwerke, 5G-Kommunikationsnetzwerke und/oder verdrahtete Systeme erfolgen.
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Das Fahrzeug kann ein Personenfahrzeug und/oder ein Nutzfahrzeug, etwa ein Landfahrzeug, ein Industriefahrzeug, eine Industriemaschine, ein Fahrzeug für eine Wechselbrücke, ein mobiler Roboter und/oder ein automatisiertes fahrerloses Transportsystem sein.
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Die der Vorrichtung über die Eingangsschnittstelle zugeführten Daten können von einer Sensorik erzeugt sein, die am Fahrzeug oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Sensorik kann eine Umfeldsensorik zur Erfassung des Umfelds des Fahrzeugs umfassen, wobei als Umfeldsensorik ein Radarsensor, ein Lidarsensor, ein Ultraschallsensor und/oder eine Kamera denkbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorik eine Fahrzeugbewegungssensorik wie Drehzahlsensor, Beschleunigungssensor, Drucksensor und/oder Piezosensor umfassen. Weiter alternativ oder zusätzlich kann die Sensorik ein Lokalisierungssystem wie ein Satellitensystem, vorzugsweise GNSS, umfassen.
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Aus den von der Sensorik erzeugten Daten kann mittels der Auswerteeinheit ein Umfeldszenario extrahiert werden. Das Umfeldszenario ist eine Klassifizierung des Umfelds (Umfeldklasse), der ein bestimmtes Klassifizierungskriterium unterliegt. Beispiele für die Umfeldklasse sind Stadtverkehrszenario, Autobahnszenario, Indoorszenario, Outdoorszenario. Das Klassifizierungskriterium kann auf einer Messung der Geschwindigkeit der im von der Sensorik erfassten Umfelds befindlichen Autos, einer Erfassung der Verkehrsanlagen (Autobahn, Innenstadtsstraßen, Gebäude, Brücken, .. etc.) basieren.
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In Abhängigkeit vom extrahierten Umfeldszenario wird mittels der Auswerteeinheit ein geeigneter Betriebsmodus für eine Sensorik zur Objekterkennung im Umfeld des Fahrzeugs selektiert. Diese (zweite) Sensorik kann dieselbe (erste) Sensorik umfassen, mit der die o.g., der Vorrichtung zugeführten Daten erzeugt werden. Die zweite Sensorik kann einen Lidarsensor, einen Radarsensor, einen Ultraschallsensor und/oder eine Kamera umfassen. Insbesondere kann die zweite Sensorik einen kombinierten Sensor aus einem Radar-Anteil und einem Lidar-Anteil umfassen. Dies ist jedoch keinesfalls einschränkend für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Der Betriebsmodus wird mittels eines ebenfalls von der Auswerteeinheit erzeugten Steuersignal in der Sensorik ausgelöst, wobei das Steuersignal über eine Ausgangsschnittstelle der Vorrichtung an die Sensorik ausgegeben wird.
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Der Betriebsmodus ist im Allgemeinen durch einen oder mehrere Betriebsparameter der (zweiten) Sensorik definiert, z.B. Auflösung, Erfassungsweite, Feldwinkel, Ausrichtung des Sensors.
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Auf diese Weise ist der Betriebsmodus auf Basis von Umfeldszenarien des Fahrzeugs selektierbar, sodass die Funktionalität der zweiten Sensorik an die Umfeldbedingungen angepasst ist. Dies verbessert die Qualität der von der zweiten Sensorik zu erzeugenden Daten und damit einhergehend auch die Objekterkennung aus diesen Daten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform wird als Betriebsmodus der Sensorik ein Stadtverkehrsmodus bestimmt, wenn das extrahierte Umfeldszenario ein Stadtverkehrszenario umfasst, und/oder wobei als Betriebsmodus der Sensorik ein Autobahnmodus bestimmt wird, wenn das extrahierte Umfeldszenario ein Autobahnszenario umfasst, wobei der Stadtverkehrsmodus eine kleinere Erfassungsweite, einen größeren Feldwinkel und/oder eine höhere Auflösung als der Autobahnmodus aufweist.
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Das Stadtverkehrszenario kennzeichnet sich durch einen oder mehrere Umfeldparameter, die jeweils in einem für Stadtverkehr üblichen Wertebereich liegen. Entsprechendes gilt für das Autobahnszenario. Die Auswerteeinheit kann dazu ausgebildet sein, diese Umfeldparameter aus den Daten der ersten Sensorik zu extrahieren und mit vorgespeicherten Werten zu vergleichen. Basierend auf dem Vergleichsergebnis klassifiziert die Auswerteeinheit das extrahierte Umfeldszenario entsprechend. Im Stadtverkehr fährt das Fahrzeug in der Regel mit einer vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeit, sodass die Bremswege kürzer sind. Damit zusammenhängend ist der Sicherheitsabstand zwischen hintereinanderfahrenden Fahrzeugen normalerweise kleiner als beispielsweise auf Autobahnen bzw. Kraftfahrtstraßen. Daher ist eine vergleichsweise geringere Erfassungsweite der (zweiten) Sensorik ausreichend. Im Autobahnenverkehr ist die Situation umgekehrt.
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Denkbar ist auch, ein Überlandszenario in den von der ersten Sensorik erzeugten Daten zu extrahieren und hierauf basierend ein Überlandsmodus für die zweite Sensorik zu bestimmen, bei dem die Erfassungsweite, der Feldwinkel bzw. die Auflösung jeweils zwischen den Werten für den Stadtverkehrsmodus und den Autobahnmodus liegt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als Betriebsmodus der Sensorik ein Indoormodus bestimmt, wenn das extrahierte Umfeldszenario ein Indoorszenario umfasst, und/oder wobei als Betriebsmodus der Sensorik ein Outdoormodus bestimmt wird, wenn das extrahierte Umfeldszenario ein Outdoorszenario umfasst, wobei der Indoormodus einen größeren Feldwinkel und/oder eine höhere Auflösung als der Outdoormodus aufweist.
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Das Indoorszenario kennzeichnet sich durch ein abgeschlossenes Gebiet innerhalb eines Gebäudes, etwa einer Lagerhalle oder eines Parkhauses. Das Outdoorszenario betrifft ein Gebiet außerhalb eines Gebäudes. Diese Maßnahme ermöglicht eine bessere Objekterkennung beim Einsatz des Fahrzeugs im Indoor- und Outdoor-Bereich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als Betriebsmodus der Sensorik ein Abbiegemodus bestimmt, wenn das extrahierte Umfeldszenario ein Abbiegeszenario umfasst, und/oder wobei als Betriebsmodus der Sensorik ein Geradeausfahrmodus bestimmt wird, wenn das extrahierte Umfeldszenario ein Geradeausfahrszenario umfasst, wobei der Abbiegemodus einen im Vergleich zum Geradeausfahrmodus entsprechend einer Abbiegerichtung gekippten und/oder gedrehten Feldwinkel aufweist.
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Diese Maßnahme ermöglicht eine bessere Objekterkennung sowohl für den Fall, in dem sich das Fahrzeug geradeaus bewegt, als auch für den Fall, in dem das Fahrzeug eine Abbiegung vornimmt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Betriebsmodus der Sensorik derart bestimmt, dass bei einer reduzierten Erfassungsweite eine erhöhte Auflösung der Sensorik getriggert wird.
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Dies kann basierend auf dem folgenden Mechanismus erfolgen: Bei bestimmten Sensortypen, etwa Lidarsensoren oder Radarsensoren, nimmt das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalsende- und Empfangsvorgängen mit abnehmender Erfassungsweite ab. Daher können pro Zeiteinheit mehr Sensorsignale (etwa Lichtsignal bei Lidarsensoren bzw. RF-Signal bei Radarsensoren) ausgesendet und empfangen werden, wobei ein solcher Sende- und Empfangvorgang im Fachbereich als eine Zirpe (Engl.: chirp) bekannt ist. Die steigende Zirpenzahl erhöht die Auflösung der erzeugten Sensordaten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensorik ein Array aus mehreren Sensorelementen, wobei das Steuersignal derart ausgebildet ist, um beim Bestimmen des Betriebsmodus mit einer erhöhten Auflösung und/oder einem reduzierten Feldwinkel einen Teil der Sensorelemente des Arrays zu deaktivieren.
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Das jeweilige Sensorelement kann im Fall, dass die zweite Sensorik ein Radarsensor/Lidarsensor umfasst, ein RF-/Lichtsenderelement umfassen. Um die Auflösung zu erhöhen bzw. den Feldwinkel zu reduzieren, können diejenigen Sensorelemente deaktiviert werden, die seitlich um einen zentralen Bereich des Arrays angeordnet sind, und/oder diejenigen Sensorelemente aktiviert werden, die im zentralen Bereich des Arrays angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist ausgeführt, in einen Speicher eines Computers geladen zu werden und umfasst Softwarecodeabschnitte, mit denen die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft.
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Ein Programm gehört zur Software eines Daten verarbeitenden Systems, zum Beispiel einer Auswerteeinrichtung oder einem Computer. Software ist ein Sammelbegriff für Programme und zugehörigen Daten. Das Komplement zu Software ist Hardware. Hardware bezeichnet die mechanische und elektronische Ausrichtung eines Daten verarbeitenden Systems. Ein Computer ist eine Auswerteeinrichtung.
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Computerprogrammprodukte umfassen in der Regel eine Folge von Befehlen, durch die die Hardware bei geladenem Programm veranlasst wird, ein bestimmtes Verfahren durchzuführen, das zu einem bestimmten Ergebnis führt. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt den oben beschriebenen erfinderischen technischen Effekt hervor.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist Plattform unabhängig. Das heißt, es kann auf jeder beliebigen Rechenplattform ausgeführt werden. Bevorzugt wird das Computerprogrammprodukt auf einer erfindungsgemäßen Auswertevorrichtung zum Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs ausgeführt.
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Die Softwarecodeabschnitte sind in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben, zum Beispiel in Python, Java, JavaScript, C, C++, C#, Matlab, LabView, Objective C.
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Das computerlesbare Speichermedium ist beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches oder magneto-optisches Speichermedium.
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Das Datenträgersignal ist ein Signal, welches das Computer-Programm-Produkt von einem Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt gespeichert ist, auf eine andere Entität, beispielsweise ein anderes Speichermedium, einen Server, ein Cloud-System oder eine Daten verarbeitende Einrichtung, überträgt.
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Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Objekterkennung in einem Umfeld eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung eines ersten Erfassungsbereiches gemäß einem ersten Betriebsmodus und eines zweiten Erfassungsbereiches gemäß einem zweiten Betriebsmodus; und
- 3 eine schematische Darstellung eines dritten Erfassungsbereiches gemäß einem dritten Betriebsmodus und eines vierten Erfassungsbereiches gemäß einem vierten Betriebsmodus.
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In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Objekterkennung in einem Umfeld eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine Eingangsschnittstelle 12 zum Erhalten von Daten, die eine erste Sensorik 30 beim Erfassen eines Umfelds des Fahrzeugs erzeugt. Die erste Sensorik 30 kann eine Umfeldsensorik (etwa einen Radarsensor, einen Lidarsensor, einen Ultraschallsensor und/oder eine Kamera), alternativ eine Fahrzeugbewegungssensorik (etwa einen Drehzahlsensor, einen Beschleunigungssensor) umfassen.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Auswerteeinheit 14 zum Extrahieren eines Umfeldszenarios aus den erhaltenen Daten. Das Umfeldszenario kann beispielsweise ein Stadtverkehrszenario, ein Überlandszenario, ein Autobahnszenario, ein Indoorszenario und/oder ein Outdoorszenario umfassen. Basierend auf dem extrahierten Umfeldszenario wird mittels der Auswerteeinheit 14 ein Betriebsmodus einer zweiten Sensorik 20 bestimmt. Die zweite Sensorik 20 dient zur Objekterkennung im Umfeld des Fahrzeugs, um das Fahren zu automatisieren oder teilweise zu automatisieren. Die zweite Sensorik 20 kann dieselbe Sensorik wie die erste Sensorik 30 sein. Alternativ kann die zweite Sensorik 20 am Fahrzeug angebracht sein, wobei die erste Sensorik 30 Teil einer zentralen Umfeldüberwachung außerhalb des Fahrzeugs sein kann.
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Zum Auslösen des bestimmten Betriebsmodus der zweiten Sensorik 20 wird ein Steuersignal erzeugt, welches über eine Ausgangsschnittstelle 16 der Vorrichtung 10 an die zweite Sensorik 20 ausgegeben werden kann.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Erfassungsbereiches 26a gemäß einem ersten Betriebsmodus einer Sensorik 20 und eines zweiten Erfassungsbereiches 26b gemäß einem zweiten Betriebsmodus der Sensorik 20. Der erste Erfassungsbereich 26a hat, wie in 2 beispielhaft gezeigt, eine größere Erfassungsweite (was in 2 der Radiuslänge des Erfassungsbereichs entspricht) als der zweite Erfassungsbereich 26b. Zugleich hat der erste Erfassungsbereich 26a einen kleineren Feldwinkel 28a als der zweite Erfassungsbereich 26b.
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Wie in 2 gezeigt, handelt es sich bei der zweiten Sensorik 20 um ein Array 22 aus mehreren Sensorelementen 24m,s, wobei ein Teil der Sensorelemente 24m mittig im Array 22 und andere Sensorelemente 24s seitlich hierzu angeordnet sind.
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Um den ersten Betriebsmodus herzustellen wird mit Hilfe des Steuersignals die seitlich angeordneten Sensorelemente 24s deaktiviert (bzw. im deaktivierten Zustand gehalten), was in 2 weiß dargestellt ist. Gleichzeitig werden die mittig angeordneten Sensorelemente 24m aktiviert (bzw. im aktivierten Zustand gehalten), was in 2 schwarz dargestellt ist.
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Um den zweiten Betriebsmodus herzustellen wird mit Hilfe des Steuersignals alle Sensorelemente 24 des Arrays 22 aktiviert (bzw. im aktivierten Zustand gehalten), was in 2 schwarz dargestellt ist.
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Der erste Betriebsmodus wird vorzugsweise beim Extrahieren eines Autobahn- oder Überlandszenarios ausgelöst. Der zweite Betriebsmodus wird vorzugsweise beim Extrahieren eines Stadtverkehrszenarios ausgelöst.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Erfassungsbereiches 26c gemäß einem dritten Betriebsmodus der zweiten Sensorik 20 und eines vierten Erfassungsbereiches 26d gemäß einem vierten Betriebsmodus der zweiten Sensorik 20.
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Im dritten Betriebsmodus hat die zweite Sensorik 20 einen dritten Feldwinkel 28c. Im vierten Betriebsmodus hat die zweite Sensorik 20 einen vierten Feldwinkel 28d, der im Vergleich zur Lage des dritten Feldwinkels 28c in der in 3 gezeigten Darstellung im Uhrzeigersinn verdreht bzw. verkippt ist. Dies ist daran zu erkennen, dass eine Mittellinie 27 des dritten Erfassungsbereichs 26c einen Winkel zu einer anderen Mittellinie 29 des vierten Erfassungsbereichs 26d einschließt.
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Der dritte Betriebsmodus wird vorzugsweise beim Extrahieren eines Geradeausfahrszenarios ausgelöst. Der vierte Betriebsmodus wird vorzugsweise beim Extrahieren eines Abbiegeszenarios ausgelöst.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steuervorrichtung
- 12
- Eingangsschnittstelle
- 14
- Auswerteeinheit
- 16
- Ausgangsschnittstelle
- 20
- Sensorik
- 22
- Array
- 24, 24m,s
- Sensorelement
- 26a-d
- Erfassungsbereich
- 27
- Sensorrichtung
- 28a-d
- Feldwinkel
- 29
- Sensorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018115265 A1 [0003]
