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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren eines Umfeldmodells durch mindestens ein Steuergerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Zur Erkennung und Klassifizierung von statischen und dynamischen Objekten werden in automatisiert betreibbaren Fahrzeugen unterschiedliche Sensoren eingesetzt. Beispielsweise werden Kamerasensoren, Radarsensoren Ultraschallsensoren und Inertialsensoren verwendet. Diese Sensoren ermöglichen eine Modellierung des unmittelbaren lokalen Umfelds der Fahrzeuge, welche oft mit Kartendaten kombiniert wird. Dadurch wird die Umsetzung langfristiger Fahrmanöver der Fahrzeuge ermöglicht.
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Um ein derartiges Umfeldmodell zu erstellen, werden Messdaten mehrerer Sensoren eines Fahrzeugs fusioniert. Durch die Funktionsweise der verschiedenen Sensoren entsteht jedoch ein fehlerbehaftetes bzw. ungenauigkeitsbehaftetes Umfeldmodell, welches für eine präzise langfristige Umsetzung von Fahrmanövern möglichst realitätsnah sein muss.
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Problematisch ist insbesondere das Fehlen von Referenzen zum Überprüfen der Richtigkeit des erstellten Umfeldmodells und der Genauigkeit der sensorbasiert ermittelten Messdaten, auf welchen das Umfeldmodell basiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren vorzuschlagen, durch welches erstellte Umfeldmodelle überprüft und ihre Genauigkeit verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Optimieren eines Umfeldmodells durch mindestens ein Steuergerät bereitgestellt. Das Steuergerät kann beispielsweise ein fahrzeugexternes Steuergerät sein, welches als eine Servereinheit oder als ein Cloud-System ausgeführt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät ein fahrzeugintern angeordnetes Steuergerät sein.
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In einem Schritt werden Messdaten von einem ersten Sensorset und mindestens einem zweiten Sensorset empfangen. Bevorzugterweise weist das erste Sensorset einen ersten Abtastbereich und das zweite Sensorset einen zweiten Abtastbereich auf, wobei der erste Abtastbereich und der zweite Abtastbereich sich in einem Überlappungsbereich bereichsweise überschneiden können. Je nach Ausgestaltung und Anwendungsfall können die Abtastbereiche der jeweiligen Sensorsets auch ohne eine Überschneidung bzw. den Überlappungsbereich zum Durchführen des Verfahrens einsetzbar sein.
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Es wird für jedes Sensorset basierend auf den empfangenen Messdaten des jeweiligen Sensorsets ein Umfeldmodell erstellt. Alternativ oder zusätzlich kann anhand von Messdaten mehrerer Sensorsets ein Umfeldmodell erstellt werden.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens werden die mindestens zwei Umfeldmodelle anhand des Überlappungsbereichs miteinander verglichen und verifiziert.
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Anschließend werden die mindestens zwei Umfeldmodelle zu einem optimierten Umfeldmodell zusammengeführt.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Das Steuergerät kann beispielsweise ein fahrzeuginternes oder ein fahrzeugexternes Steuergerät sein. Beispielsweise kann das fahrzeugextern ausgeführte Steuergerät Messdaten von Fahrzeugen empfangen und auswerten können, um die Umfeldmodelle zu verifizieren und zu optimieren.
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Ein fahrzeugintern ausgestaltetes Steuergerät kann beispielsweise mit einer Fahrzeugsteuerung zum Ausführen von automatisierten Fahrfunktionen verbunden oder als ein Teil der automatisierten Fahrzeugsteuerung ausgeführt sein. Hierdurch kann das Steuergerät auf Messdaten der im Fahrzeug eingesetzten Sensoren und auf die erstellten Umfeldmodelle zugreifen. Darüber hinaus kann das Steuergerät eine Kommunikationseinheit zum Herstellen von datenleitenden Kommunikationsverbindungen zu anderen Fahrzeugen bzw. zu Steuergeräten anderer Fahrzeugen aufweisen.
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Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
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Das fahrzeugintern ausgeführte Steuergerät ist beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet, welches gemäß der BASt Norm assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein kann.
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Ein Sensorset kann aus einem oder mehreren Sensoren bestehen. Die Sensoren können unterschiedlich oder gleichartig ausgestaltet sein. Insbesondere können die Sensoren Bestandteil einer Umfeldsensorik eines Fahrzeugs sein. Insbesondere kann das Sensorset LIDAR-Sensoren, Radarsensoren, Ultraschallsensoren, Kamerasensoren und dergleichen aufweisen. Das Sensorset kann auch ein Teil, eine Gruppe der Umfeldsensorik oder die gesamte Umfeldsensorik darstellen. Darüber hinaus können auch weitere Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren oder Odometer in das Sensorset implementiert sein.
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Durch das Verfahren kann insbesondere im Überlappungsbereich eine Redundanz an Messdaten geschaffen werden, welche eine Überprüfung und Optimierung der jeweiligen Umfeldmodelle ermöglicht. Beispielsweise kann bei festgestellten Abweichungen zwischen den Umfeldmodellen im Überlappungsbereich eine Überprüfung eingeleitet oder eine Mittelwertbildung der Messdaten durchgeführt werden, um eine Optimierung zu erzielen. Insbesondere können die mindestens zwei erstellten Umfeldmodelle zu einem optimierten Umfeldmodell zusammengefasst werden, welches ein größeres Gebiet bzw. einen größeren Abtastbereich abbilden kann. Das optimierte Umfeldmodell kann aufgrund des Überlappungsbereichs bereits eine Optimierung oder eine Verifizierung der jeweiligen Messdaten aufweisen. Hierbei können entweder die den Umfeldmodellen zugrundeliegenden Messdaten oder das resultierende optimierte Umfeldmodell angepasst werden.
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Es kann somit eine Referenz zum Überprüfen und Optimieren einer Leistungsfähigkeit des Sensorsets bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Verfahren durch mehrere parallel betriebene Sensorsets durchgeführt werden. Die jeweiligen Sensorsets können vorzugsweise räumlich voneinander beabstandet sein. Besonders bevorzugt können die Sensorsets eine voneinander abweichende Ausrichtung der Abtastbereiche aufweisen und zumindest bereichsweise eine gleiche Szene bzw. den Überlappungsbereich der jeweiligen Abtastbereiche überwachen. Auf einer derartigen redundanten Grundlage ermittelte Messdaten können zum Erstellen eines optimierten Umfeldmodells genutzt werden, welches eine Sensorumgebung realitätsnäher abbilden kann. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Verwendung der Messdaten mehrerer Sensorsets eine größere Fläche durch das resultierende Umfeldmodell abgebildet werden. Die abgebildete Fläche kann optional auch ohne den Überlappungsbereich ausgeführt sein. Die Informationen bzw. die Resultate der Umfeldmodell-Berechnung können vorzugsweise gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden. Die Nutzung dieser Informationen kann beispielsweise dann eingeleitet werden, wenn sich ein Fahrzeug in eine Richtung oder einen Bereich eines der Abtastbereiche der Sensorsets bewegt. Dies kann beispielsweise bei einem Spurwechsel, einem Abbiegevorgang und dergleichen erfolgen.
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Das Verfahren kann hierbei sowohl auf Teststrecken bzw. abseits von öffentlichen Straßen als auf öffentlichen Straßen eingesetzt werden. Es können verdeckte oder unzureichend sichtbare Objekte sowie Objekte in einer größeren Entfernung von einem Sensorset von einem oder mehreren näher gelegenen Sensorsets abgetastet bzw. detektiert werden. Durch das Zusammenschließen der durch verschiedene Sensorsets erlangten Informationen kann ein optimiertes Umfeldmodell generiert werden, welches als Referenz für andere Umfeldmodelle dient. Insbesondere kann durch die Fusion von Messdaten bzw. Informationen mehrerer, räumlich naheliegender Sensorsets, welche beispielsweise auf Fahrzeugen angeordnet sind, ein optimiertes Umfeldmodell mit einer reduzierten Unsicherheit erstellt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei Sensorsets in einem Fahrzeug oder in unterschiedlichen Fahrzeugen angeordnet. Hierdurch können die mindestens zwei Sensorsets eine unterschiedliche Position und eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen, sodass sich die jeweiligen Abtastbereiche bis auf einen gemeinsamen Überlappungsbereich voneinander unterscheiden. Hierdurch kann beispielsweise das Umfeldmodell eines ersten Sensorsets, welches auf Messdaten aus dem ersten Abtastbereich basiert, um das Umfeldmodell eines zweiten Sensorsets erweitert werden, welches auf Messdaten aus dem zweiten Abtastbereich basiert. Hierdurch kann eine beliebig lange Aneinanderreihung von Umfeldmodellen realisiert werden, wobei sich mindestens zwei Umfeldmodelle bereichsweise Überlagern können. Auf Basis dieser synchronisierten Informationen und Messdaten, die auf einem frühen Sensorlevel, wie beispielsweise Positionen oder Reflektionen von LIDAR-Sensoren basieren, kann das optimierte Umfeldmodell erstellt werden, welches durch die räumliche Trennung der Fahrzeuge bzw. Sensorsets und/oder durch einen anderen Blickwinkel der Sensorsets und/oder spezieller Sensorcharakteristika eine höhere Genauigkeit ausweist, als die Umfeldmodelle der einzelnen Sensorsets bzw. Fahrzeuge.
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Durch diese Maßnahme können die Fehler der einzelnen Umfeldmodelle ermittelt und optimiert werden. Dieses Prinzip kann auch in Serie bzw. in Reihe angewandt werden, wenn mehrere Fahrzeuge bzw. Sensorsets mit kompatiblen und übertragbaren Eingangsdaten arbeiten, sodass ein einzelnes Fahrzeug mehr Eingangsdaten zur Verfügung hat, um seine Umgebung wahrzunehmen. Darüber hinaus kann ein Fahrzeug mehrere Sensorsets aufweisen, um mögliche systematische Fehler einzelner Sensorsets aufzudecken. Insbesondere kann durch die Zuführung von mehreren vielfältigeren Informationen die Unsicherheit bzw. Fehlerhaftigkeit des Umfeldmodells gesenkt werden.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird durch ein Zusammenführen der mindestens zwei Umfeldmodelle eine Ungenauigkeit der empfangenen Messdaten im Überlappungsbereich verringert. Basierend auf einem Vergleich der resultierenden Umfeldmodelle im Überlappungsbereich können die Umfeldmodelle verifiziert werden. Ist beispielsweise eine Abweichung der Ergebnisse vorhanden, kann eine Überprüfung oder Neuberechnung der Umfeldmodelle eingeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Mittelwert aus den Umfeldmodellen gebildet werden oder ein Offset zur Kompensierung von Abweichungen berücksichtigt werden, um ein optimiertes Umfeldmodell zu erstellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird durch das Zusammenführen der mindestens zwei Umfeldmodelle ein erweiterter Abtastbereich durch das optimierte Umfeldmodell abgebildet, welches dem ersten Abtastbereich und dem zweiten Abtastbereich entspricht. Darüber hinaus können die jeweiligen Umfeldmodelle über die Abtastbereiche hinaus interpoliert werden, um eine Prädiktion durchzuführen. Bevorzugterweise können die Sensorsets auf Fahrzeugen angeordnet sein, wobei jedes Fahrzeug ein mit den jeweiligen Sensorsets verbindbares Steuergerät aufweist. Die Steuergeräte können fahrzeugübergreifend miteinander kommunizieren und beispielsweise Messdaten und Umfeldmodelle untereinander austauschen. Es kann hierdurch eine Synchronisierung von Messdaten und Informationen zwischen den Fahrzeugen realisiert werden, welche in einer Erhöhung der möglichen Reichweite der jeweiligen Sensorsets und der Präzision der Umfeldmodelle resultiert.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Messdaten von mindestens zwei Sensorsets und/oder Daten von mindestens zwei Umfeldmodellen über eine Kommunikationsverbindung zwischen mindestens zwei Steuergeräten ausgetauscht. Die jeweiligen Sensorsets sind vorzugsweise mit Steuergeräten verbunden. Je nach Ausgestaltung kann ein Steuergerät auch Bestandteil eines Sensorsets sein. Mehrere Steuergeräte können über drahtlose Kommunikationsverbindungen Daten und Informationen, wie beispielsweise Messdaten, Umfeldmodelle sowie Berechnungsergebnisse, untereinander austauschen. Die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise auf einem GSM, UMTS, LTE, 4G, 5G, WLAN, Funk und dergleichen Übertragungsstandard basieren.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Vergleichen, Verifizieren und/oder Zusammenführen der mindestens zwei Umfeldmodelle zu einem optimierten Umfeldmodell durch mindestens ein fahrzeugexternes oder fahrzeuginternes Steuergerät ausgeführt. Es können somit die Informationen der unterschiedlichen Sensorsets bzw. Fahrzeuge während einer Fahrt kontinuierlich oder in definierten zeitlichen Abständen ausgetauscht oder synchronisiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Messdaten und Umfeldmodelle der unterschiedlichen Sensorsets an eine fahrzeugexterne Steuereinheit übermittelt werden, welche die jeweiligen Umfeldmodelle und Messdaten nachträglich überprüft und verifiziert. Somit kann fahrzeugextern ein optimiertes Umfeldmodell als ein Referenzmodell für andere Fahrzeuge und Sensorsets geschaffen werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung wird durch ein Zusammenführen der mindestens zwei Umfeldmodelle das Umfeldmodell des ersten Sensorsets und/oder das Umfeldmodell des zweiten Sensorsets vervollständigt, korrigiert und/oder erweitert. Hierdurch können Fehler der einzelnen Umfeldmodelle ermittelt eine Korrektur, Kompensation oder Optimierung durchgeführt werden. Hierzu können beispielsweise Parameter der Umfeldmodelle angepasst oder die der Erstellung der jeweiligen Umfeldmodelle zugrundeliegenden Messdaten korrigiert werden.
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Bevorzugterweise können die Messdaten und/oder die Umfeldmodelle der unterschiedlichen Sensorsets eine gleiche Zeitbasis aufweisen. Die gemeinsame Zeitbasis kann beispielsweise durch GPS Signale oder einen gemeinsamen Taktgeber eingestellt werden.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 2 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung 1 zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens 2. Die Anordnung 1 weist ein erstes Fahrzeug 4 und ein zweites Fahrzeug 6 auf. Beide Fahrzeuge 4, 6 können als automatisiert betreibbares Fahrzeuge ausgeführt sein, welche ein Umfeldmodell zum Planen und Ausführen von Aktionen erstellen. Zum Veranschaulichen sind zwei Fahrzeuge 4, 6 dargestellt, jedoch kann die Anordnung 1 eine beliebige Anzahl an Fahrzeugen aufweisen.
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Das erste Fahrzeug 4 weist ein erstes Steuergerät 8 auf. Das erste Steuergerät 8 ist mit einem ersten Sensorset 10 verbunden. Das erste Sensorset 10 kann beispielsweise einen LIDAR-Sensor und einen oder mehrere Radarsensoren aufweisen. Das Steuergerät 8 kann insbesondere Messdaten des ersten Sensorsets 10 empfangen und auswerten.
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Darüber hinaus ist das erste Steuergerät 8 mit einem maschinenlesbaren Speichermedium 12 verbunden, welches zum Speichern von Daten dient und auf welchem beispielsweise ein durch das erste Steuergerät 8 ausführbare Computerprogramm hinterlegt sein kann, um das Verfahren 2 durchzuführen.
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Das zweite Fahrzeug 6 weist ein zweites Steuergerät 14 auf, welches mit einem zweiten Sensorset 16 datenleitend verbunden ist. Hierdurch kann das zweite Steuergerät 14 Messdaten von dem zweiten Sensorset 16 empfangen.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das zweite Sensorset 16 heckseitig am zweiten Fahrzeug 6 angeordnet. Des Weiteren ist ein zweites maschinenlesbares Speichermedium 18 vorgesehen, welches vom zweiten Steuergerät 14 lesbar ist.
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Das zweite maschinenlesbare Speichermedium 18 kann analog zum ersten maschinenlesbaren Speichermedium 12 ausgestaltet sein. Das zweite Sensorset 16 kann beispielsweise LIDAR-Sensoren und Kamerasensoren aufweisen.
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Die beiden Steuergeräte 8, 14 können über eine drahtlose Kommunikationsverbindung 20 Daten und Informationen miteinander austauschen. Darüber hinaus können die Steuergerät 8, 14 über die drahtlose Kommunikationsverbindung 20 mit einer fahrzeugexternen Steuereinheit 22 kommunizieren und ebenfalls Daten und Informationen austauschen.
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Das erste Sensorset 10 ist dazu eingerichtet einen ersten Abtastbereich 24 abzutasten. Ein zweiter Abtastbereich 26 wird durch das zweite Sensorset 16 abgetastet. Der erste Abtastbereich 24 und der zweite Abtastbereich 26 weisen einen Überlappungsbereich 28 auf, in welchem sie sich überschneiden. Im Überlappungsbereich 28 liegen somit die Messdaten der Sensorsets 10, 16 redundant vor.
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Die Abtastebereiche 24, 26 werden durch benachbarte Fahrzeuge 30 teilweise verdeckt bzw. abgeschattet. Die Abtastebereiche 24, 26 und die Auswirkung der Fahrzeuge 30 ist schematisch veranschaulicht.
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In der 2 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Verfahren 2 dient zum Optimieren eines Umfeldmodells durch mindestens ein Steuergerät 8, 14, 22.
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In einem Schritt werden Messdaten 31 von einem ersten Sensorset 10 und Messdaten 32, 33 von mindestens einem zweiten Sensorset 16 empfangen. Die Messdaten werden gemäß dem Ausführungsbeispiel über eine Kommunikationsverbindung 20 zwischen den Steuergeräten 8, 14, 22 ausgetauscht. Die Kommunikationsverbindung 20 kann beispielsweise eine WLAN, GSM, LTE oder eine ähnliche drahtlose Verbindung sein. Die Messdaten weisen vorzugsweise eine gemeinsame Zeitbasis oder werden synchronisiert ermittelt.
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Die Sensorsets 10, 16 weisen jeweils einen Abtastbereich 24, 26 auf, welche sich in einem Überlappungsbereich 28 überschneiden.
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In einem weiteren Schritt wird für jedes Sensorset 10, 16 basierend auf den empfangenen Messdaten 31, 32, 33 des jeweiligen Sensorsets 10, 16 ein Umfeldmodell 34, 35, 36 erstellt. Dies kann durch die fahrzeugseitigen Steuergeräte 8, 14 erfolgen.
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Die mindestens zwei Umfeldmodelle 34, 35, 36 werden beispielsweise anhand des Überlappungsbereichs 28 miteinander verglichen und verifiziert. Insbesondere kann ein Überlappungsbereich zwischen den ersten zwei Umfeldmodellen 34, 35 und ein Überlappungsbereich zwischen jedem weiteren Paar an Umfeldmodellen 35, 36 zum Vergleichen und Verifizieren genutzt werden.
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Ein Vergleichen, Verifizieren und/oder Zusammenführen der mindestens zwei Umfeldmodelle 34, 35, 36 resultiert hierbei in einem optimierten Umfeldmodell 37. Dieser Schritt kann durch die fahrzeugseitigen Steuergeräte 8, 14 oder durch das fahrzeugexterne Steuergerät 22 durchgeführt werden. Somit können die mindestens zwei Umfeldmodelle 34, 35, 36 zu einem optimierten Umfeldmodell 37 zusammengeführt werden.
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Die Pfeile veranschaulichen eine mögliche Rückkopplung des optimierten Umfeldmodells 37, um die jeweiligen Umfeldmodelle 34, 35, 36 der Sensorsets 10, 16 zu verbessern.
