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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Reaktion auf eine Fahrzeuginsassenpose in einem Fahrzeug.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist vorgesehen:
- - ein Verfahren zum Ermitteln einer Reaktion auf eine Fahrzeuginsassenpose in einem Fahrzeug mit den folgenden Schritten: Fortlaufendes Erfassen einer aktuellen Pose eines Fahrzeuginsassen, indem wenigstens eine Gelenkposition des Fahrzeuginsassen erfasst wird; Speichern der erfassten Pose, um zu einem späteren Zeitpunkt zurückliegende Posen zu erhalten; Vorhersagen einer zukünftigen Pose des Fahrzeuginsassen aufgrund der aktuellen und wenigstens einer zurückliegenden Pose, indem wenigstens eine Gelenkposition des Fahrzeuginsassen vorhergesagt wird; Ermitteln einer Reaktion auf die vorhergesagte Pose, wobei die Reaktion eingerichtet ist, die Sicherheit des Fahrzeuginsassen zu verbessern und/oder den Betrieb des Fahrzeugs zu optimieren.
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Ein Sensor, auch als Detektor, (Messgrößen- oder Mess-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler bezeichnet, ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische, chemische Eigenschaften oder Zustände, z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Geschwindigkeit, Helligkeit, Beschleunigung, pH-Wert, Ionenstärke, elektrochemisches Potential und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und als Sensordaten in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgeformt. Fahrzeugsensoren sind an einem Fahrzeug montiert, um eine Fahrzeugumgebung zu erfassen. Sensordaten, die von Fahrzeugsensoren erfasst werden, sind fahrzeugumgebungsbezogene Sensordaten. Fahrzeugsensoren sind an einem Fahrzeug montierbar oder montiert. Fahrzeugsensoren umfassen optische Sensoren, beispielsweise Kamera, Lidar, Radar, TOF und weitere Sensortechnologien, beispielsweise Akustiksensoren.
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Das Vorhersagen einer Pose eines Fahrzeuginsassen bedeutet, dass eine Bewegungstrajektorie eines Insassen in einem Innenraum eines Fahrzeuges, das heißt eine Aussage über eine zukünftige Position eines Insassen, insbesondere in Abhängigkeit von einem Fahrverhalten, vorhergesagt wird.
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Eine Pose eines Menschen beschreibt seine Körperhaltung. Eine Pose kann beispielsweise als Punktwolke aller Bildpunkte des Menschen in einem Bild gespeichert sein. Diese Erfindung sieht vor, eine Pose durch vorbestimmte Körperpunkte, nämlich Gelenke wiederzugeben. Werden relevante Gelenke erfasst, ergibt sich hieraus auch die Lage anderer Körperpunkte.
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Fortlaufendes Erfassen bedeutet, dass etwas in einem zeitlichen Raster erfasst wird. Beispielsweise kann jede Millisekunde eine Erfassung ausgelöst werden oder eine Erfassung wird ereignisbezogen ausgelöst.
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Die Optimierung des Fahrzeugbetriebs kann sich auf verschiedene wünschenswerte Aspekte beziehen. So ist eine Steigerung des Insassenkomforts, eine Steigerung der Effizienz, eine Verbesserung der Sicherheit, eine Reduktion eines Wartungsaufwands eine Optimierung des Fahrzeugbetriebs, wenn die genannten Effekte mittels einer Anpassung des Fahrzeugbetriebs erreicht werden. Beispielsweise kann das Anpassen einer Geschwindigkeit der Optimierung dienen, wenn dadurch die Sicherheit des Fahrzeugs verbessert wird oder ein Ziel schneller erreicht wird, also das Fahrzeug effizienter genutzt wird.
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Werden unmittelbar vor einer Kollision bestimmte Airbags aktiviert ist dies eine Optimierung des Fahrzeugbetriebs gegenüber der Aktivierung aller Airbags, da das Auslösen eines Airbags einen hohen Wartungsaufwand mit sich bringt.
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Auch die Aktivierung bestimmter Airbags gegenüber der Deaktivierung aller Airbags eines Fahrzeugs ist eine Optimierung des Betriebs, da hierdurch die Sicherheit der Fahrzeuginsassen verbessert wird.
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Ein Gewichtssensor kann beispielsweise in einem Steh- oder Sitzplatz integriert sein und das Gewicht eines Insassen erfassen.
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Ein Zug- bzw. Drucksensor misst, wie stark an einem Gegenstand gezogen bzw. wie stark gegen einen Gegenstand gedrückt wird. Solche Sensoren können in Haltevorrichtungen integriert sein, um zu ermitteln, mit welcher Kraft sich ein Insasse festhält. Somit lässt sich auch ein Kraftschwellwert eines relativen Fixpunkts ermitteln.
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Ein relativer Fixpunkt eines Fahrzeuginsassen bezieht sich auf ein Körperteil, zum Beispiel ein Gelenk, welches sich örtlich nicht verändert, solange eine Kraft, die auf den Fahrzeuginsassen wirkt, einen Schwellwert nicht übersteigt. Ein Beispiel für einen relativen Fixpunkt eines Insassen ist das Gesäß eines sitzenden (nicht) angeschnallten Fahrzeuginsassen, die Füße eines stehenden Fahrzeuginsassen oder die Hände eines sich festhalten den Fahrzeuginsassen. Sobald die Kraft den Schwellwert übersteigt, verliert der Insasse den Kontakt zum relativen Fixpunkt, beispielsweise bei einem Sturz.
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Die Gelenkgeschwindigkeit beschreibt die Geschwindigkeit eines Gelenks, z.B. einer Schulter. Unterscheidet sich eine Gelenkgeschwindigkeit von anderen Körperpunktgeschwindigkeiten kommt es zur Rotation oder Torsion des Körpers.
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Eine Trajektorie, auch Bahnkurve, ein Pfad oder Weg ist in der Verlauf einer Raumkurve oder Oberflächenkurve, entlang der sich ein Körper oder ein Punkt, beispielsweise der Schwerpunkt eines Körpers, bewegt.
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Eine Steuerempfehlung lässt sich mittels eines optischen oder akustischen Signals an einen Fahrer übermitteln. Die Empfehlung kann beispielsweise eine Anweisung zum Steuern oder Bremsen eines Fahrzeugs betreffen.
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Ein Fahrzeug wird mittels Steuerbefehlen, zum Beispiel Bremsbefehlen, gesteuert.
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Das Aktivieren oder Deaktivieren von Airbags entspricht einer Vorauswahl von Airbags, die zur (Nicht-)Auslösung vorgesehen sind.
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Die Fahrdynamik umfasst die Ermittlungen zu Weg, Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Energieaufwand, Erwärmung von Motoren, Antriebskräfte, Leistungen, Bewegungswiderstände, Anhängelasten sowie Wirkungsgrade von Fahrzeugen. Die Fahrdynamik nutzt technische, physikalische, mathematische und statistische Grundlagen. Als räumliche Bewegung von Körpern betrachtet die Fahrdynamik die drei translatorischen Bewegungen in Richtung der Hauptachsen, nämlich die Längsbewegung entlang der Längsachse, die Querbewegung entlang der Querachse und die Hubbewegung entlang der Hochachse, oft kombiniert mit der Längsbewegung bei der Fahrt im Gefälle oder der Steigung. Eine reine Hubbewegung realisieren Hubbühnen und Aufzüge. Ferner betrachtet die Fahrdynamik auch die drei rotatorischen Bewegungen um die drei Hauptachsen, nämlich das Gieren um die Hochachse, das Nicken um die Querachse und das Rollen um die Längsachse. Ferner betrachtet die Fahrdynamik auch zwei Typen von Schwingungen, nämlich die Translations- und Rotationsschwingung.
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Parameter der Fahrdynamik sind dementsprechend die Geschwindigkeit, die Längs-/Querbeschleunigung und alle anderen Parameter, die die Fahrdynamik beschreiben.
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Künstliche Intelligenz kann insbesondere mit künstlichen neuronalen Netzwerken realisiert werden. Ein künstliches neuronales Netzwerk ist ein Algorithmus, der auf einer elektronischen Schaltung ausgeführt wird und am Vorbild des neuronalen Netzwerks des menschlichen Gehirns programmiert ist. Funktionseinheiten eines künstlichen neuronalen Netzwerkes sind künstliche Neuronen, deren Output sich im allgemeinen als Wert einer Aktivierungsfunktion ausgewertet über eine gewichtete Summe der Inputs plus einem systematischem Fehler, dem sogenannten bias, ergibt. Durch Testen von mehreren vorbestimmten Inputs mit verschiedenen Gewichtungsfaktoren und Aktivierungsfunktionen werden künstliche neuronale Netzwerke, ähnlich dem menschlichen Gehirn, angelernt oder trainiert. Das Trainieren einer künstlichen Intelligenz mithilfe von vorbestimmten Inputs wird maschinelles Lernen genannt. Eine Teilmenge des maschinellen Lernens ist das tiefgehende Lernen, das sogenannte deep learning, bei dem eine Reihe hierarchischer Schichten von Neuronen, sogenannten hidden layers genutzt wird, um den Prozess des maschinellen Lernens durchzuführen. Die künstliche Intelligenz ist z.B. trainiert, aus Personenbildern das Alter und das Gewicht der jeweils abgebildeten Person zu bestimmen.
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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.
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Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, eine Pose eines Fahrzeuginsassen zu erkennen, zu verfolgen und aufgrund von historischen und aktuellen Daten vorherzusagen. Dabei werden Gelenke des Fahrzeuginsassen lokalisiert und in ihrer Bewegung weiterverfolgt. Geeignete Gelenke sind beispielsweise Handgelenke, Ellbogen, Schultern, Wirbelgelenke, Hüften, Kniee sowie die Gelenke des Fußes. Durch die Modellierung der Gelenkbewegung lässt sich die gesamte Bewegung eines menschlichen Körpers in ihrer Komplexität vereinfachen und mit ausreichender Genauigkeit vorhersagen.
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Die Vorhersage bezüglich der zukünftigen Pose des Fahrzeuginsassen wird verwendet, um die Sicherheit des Fahrzeuginsassen zu verbessern und/oder den Betrieb des Fahrzeugs zu optimieren.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die aktuelle Pose mittels optischer Sensoren, Gewichtssensoren und/oder Zug- bzw. Drucksensoren erfasst.
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Beispielsweise ist die Erfassung mittels einer 2-D-Kamera oder 3-D-Kamera, denkbar. Alternativ kann auch auf nicht optische Sensoren, etwa Gewichtssensoren und/oder Drucksensoren zurückgegriffen werden. Die Modellierung mit Gewichtssensordaten bzw. Druck- oder Zugsensordaten erfordert weniger Rechenaufwand als die Modellierung mittels optischer Sensoren. Zudem bieten nicht optische Sensoren den Vorteil, dass keine Persönlichkeitsrechte eines Fahrzeuginsassen beeinträchtigt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden Posen von stehenden Fahrzeuginsassen erfasst.
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Beispielsweise ist es denkbar, dass das Verfahren wie es in dieser Patentanmeldung beschrieben ist, im öffentlichen Nah- und Fernverkehr zum Einsatz kommt, besonders dann, wenn die Fahrzeuge autonom gesteuert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Reaktion eine Aufforderung an einen Fahrzeuginsassen zum Einnehmen einer sicheren Position, eine Steuerempfehlung zum Steuern des Fahrzeugs, einen Steuerbefehl zum Steuern des Fahrzeugs, das Vorgeben einer Randbedingung für eine Trajektorie des Fahrzeugs und/oder das Aktivieren oder Deaktivieren von Sicherheitssystemen wie Airbags.
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Dementsprechend kann beispielsweise vorgesehen sein, dass Fahrzeuginsassen aufgefordert werden, sich an einer Haltevorrichtung, beispielsweise einem Haltegriff, festzuhalten. Ferner ist es denkbar, dass ein Fahrzeug gebremst wird oder ein Fahrer des Fahrzeugs eine Bremsempfehlung erhält, wenn ein Fahrzeuginsasse eine unsichere Position innehat bzw. vorhergesagt wird, dass eine ausreichende Körperkontrolle des Fahrzeuginsassen in der Zukunft nicht gewährleistet ist. Dementsprechend ist es auch denkbar, ein Fahrzeug zu beschleunigen, wenn erkannt wird, dass ein Fahrzeuginsasse eine sichere Position eingenommen hat.
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Alternativ ist es denkbar, dass eine oder mehrere Randbedingungen für eine Trajektorie des Fahrzeugs vorgegeben wird, beispielsweise dass eine Geschwindigkeit nicht überschritten wird oder eine bestimmte Kurvengeschwindigkeit nicht überschritten wird.
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Ferner ist es auch denkbar, dass Sicherheitssysteme wie Airbags aktiviert oder deaktiviert werden, wenn erkannt wird, dass sich ein Fahrzeuginsasse mit einer bestimmten Pose in einem bestimmten Bereich, der einem Airbag zugeordnet ist, aufhält oder nicht aufhält. Das bedeutet, dass bei einem drohenden Aufprall verhindert werden kann, dass bestimmte Airbags ausgelöst werden, wenn sich zum entsprechenden Zeitpunkt kein Fahrzeuginsasse in der Nähe des Airbags befindet, oder dass Airbags zur Auslösung vorgesehen sind. Sobald ein entsprechender Auslösebefehl von dem Airbag empfangen wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die zukünftige Pose aufgrund einer Gelenkgeschwindigkeit geschätzt. Eine Gelenkgeschwindigkeit lässt sich beispielsweise aufgrund der Gelenkposition zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ermitteln. Hierbei kann eine Änderung des Fahrzeugzustands berücksichtigt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die zukünftige Pose aufgrund von insassenspezifischen Merkmalen wie Größe, Gewicht, Alter, Körperform und dergleichen geschätzt. Derartige Merkmale lassen sich beispielsweise in optischen Sensordaten mittels künstlicher Intelligenz schätzen.
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Alternativ ist es auch denkbar, Merkmale wie den Muskeltonus eines Fahrzeuginsassen über entsprechende Sensoren in einer Haltevorrichtung zu schätzen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die zukünftige Pose unter Berücksichtigung aktueller und/oder zukünftiger Fahrdynamikparameter geschätzt. Dementsprechend kann beispielsweise eine bevorstehende Kurvenfahrt für die Vorhersage der Pose eines Fahrzeuginsassen berücksichtigt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die zukünftige Pose aufgrund von einem relativen Fixpunkt eines Körperteils des Fahrzeuginsassen geschätzt.
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Diese relativen Fixpunkte bilden Randbedingungen für die Modellierung der Pose des Fahrzeuginsassen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die zukünftige Pose aufgrund von wenigstens einer Hebellänge zwischen zwei Gelenken und/oder zwischen einem Gelenk und einem Fixpunkt vorhergesagt.
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Somit lassen sich Kräfte, Momente, Hebel und dergleichen, die auf unterschiedlich dimensionierte Körper anders wirken berücksichtigen. Beispielsweise wirken auf Körper mit langen Gliedmaßen höhere Kräfte als auf Körper mit kurzen Gliedmaßen, da sich dort die entsprechenden Hebelverhältnisse ungünstiger verhalten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die zukünftige Pose mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerks vorhergesagt. Beispielsweise kann auf ein sogenanntes Pose-Network zum Verfolgen und Vorhersagen einer Pose eines Menschen zurückgegriffen werden.
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Es versteht sich, dass ein System zum Ermitteln einer Reaktion auf eine Fahrzeuginsassenpose in einem Fahrzeug mit einem Sensorsystem zum Erfassen einer aktuellen Pose eines Fahrzeuginsassen, einem Datenspeicher zum Speichern der erfassten Pose und einer Recheneinheit zum Vorhersagen einer zukünftigen Pose sowie zum Ermitteln einer Reaktion auf die vorhergesagte Pose vorteilhaft ist.
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Ein Computerprogrammprodukt gemäß einem Verfahren einer Ausführungsform der Erfindung führt die Schritte eines Verfahrens gemäß der vorangehenden Beschreibung aus, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer, insbesondere einem fahrzeuginternen Computer, läuft. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt einen Effekt hervor, nämlich die Anpassung einer Fahrzeugsteuerung an die Vorhersage einer Insassenpose.
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INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Reaktion auf eine Fahrzeuginsassenpose mit den Schritten S1 bis S4. In dem Schritt S1 wird eine aktuelle Pose eines Fahrzeuginsassen fortlaufend erfasst, indem wenigstens eine Gelenkposition des Fahrzeuginsassen erfasst wird. In dem Schritt S2 wird die erfasste Pose gespeichert, um zu einem späteren Zeitpunkt zurückliegende Posen zu erhalten. In dem Schritt S3 wird wenigstens eine zukünftige Pose eines Fahrzeuginsassen, insbesondere eine Trajektorie des Insassen, aufgrund einer aktuellen und einer zurückliegenden Pose vorhergesagt, indem Gelenkpositionen des Fahrzeuginsassen vorhergesagt werden. In dem Schritt S4 wird eine Reaktion auf die vorhergesagte Pose ermittelt, wobei die Reaktion eingerichtet ist, die Sicherheit des Fahrzeuginsassen zu verbessern und/oder den Betrieb des Fahrzeugs zu optimieren.
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Bezugszeichen
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- S 1-S4
- Verfahrensschritte
