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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Fahrbahnoberfläche für ein Fahrzeug sowie
ein Fahrzeug mit einer derartigen Erfassungsvorrichtung.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Erfassungsvorrichtung mit mehreren Sensoren,
die auf die Fahrbahnoberfläche
gerichtet sind, um Veränderungen
an dieser festzustellen, sowie eine Einrichtung, welche die von
den Sensoren gewonnenen Daten verarbeitet.
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Die
EP 860001 beschreibt eine
Erfassungsvorrichtung mit Infrarotsensoren, die in einem Fahrzeug
eingesetzt wird, um dem Benutzer des Fahrzeugs eine mögliche Veränderung
der Fahrbahnoberfläche
oder das Überfahren
einer Markierungslinie auf dem Boden anzuzeigen.
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Diese
Art von Vorrichtung funktioniert insgesamt zufrieden stellend, aber
in bestimmten Fällen erfasst
sie nicht alle Veränderungen
der Fahrbahnoberfläche
mit ausreichender Qualität.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen
der Fahrbahnoberfläche
vorzuschlagen, deren Erfassungsqualität gegenüber dem Stand der Technik verbessert
ist und die dennoch einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
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Hierzu
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung,
die dem Gattungsbegriff im oben genannten Oberbegriff entspricht,
im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren so zueinander
angeordnet sind, dass zumindest ein Teil ihrer Beobachtungspunkte
auf dem Boden paarweise verbunden wird, wobei die beiden Beobachtungspunkte
auf dem Boden eines Paars durch einen bestimmten ersten Abstand
voneinander getrennt sind, und dadurch dass die Querabstände zwischen
zwei benachbarten Paaren von Beobachtungspunkten auf dem Boden zur
Längsachse
hin zunehmen, und zwar in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht
zu dieser Achse verläuft.
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Außerdem kann
die Erfindung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Die
Vorrichtung umfasst mindestens zwei Sensorpaare.
- – Die
Sensoren sind auf beiden Seiten einer Längsmittelachse angeordnet und
die Querabstände
zwischen den Paaren von Beobachtungspunkten auf dem Boden der Sensoren
sind im Wesentlichen symmetrisch gegenüber der Längsmittelachse.
- – Der
Querabstand dn in Zentimeter zwischen zwei benachbarten Paaren von
Beobachtungspunkten auf dem Boden der Sensoren wird durch die Formel bestimmt, sodass insbesondere
eine unterbrochene Markierungslinie auf dem Boden erfasst wird.
Dabei entspricht n der laufenden Nummer des Paars von Beobachtungspunkten
auf dem Boden in Richtung der Achse, L1 der Länge in Zentimeter eines Strichs
der unterbrochenen Linie, L2 der Breite in Zentimeter eines Strichs
der unterbrochenen Linie, E dem Abstand in Zentimeter zwischen zwei
aufeinander folgenden Strichen, e dem Abstand in Zentimeter zwischen
zwei Beobachtungspunkten auf dem Boden eines Paars und c einer bestimmten
Konstante in Zentimeter, die eine Sicherheitsspanne der Erfassung festlegt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einer
solchen Vorrichtung vorzuschlagen, bei dem die Nachteile des Stands
der Technik ganz oder teilweise behoben sind.
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Hierzu
umfasst das erfindungsgemäße Fahrzeug
eine Erfassungsvorrichtung wie oben beschrieben, wobei die Querabstände zwischen
zwei benachbarten Paaren von Beobachtungspunkten auf dem Boden von
der Außenseite
zur Innenseite des Fahrzeugs in einer Richtung zunehmen, die im
Wesentlichen senkrecht zur Längsachse
des Fahrzeugs verläuft.
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Außerdem kann
das Fahrzeug eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Die
Sensoren sind auf beiden Seiten der Längsmittelachse des Fahrzeugs
angeordnet und die Querabstände
zwischen den Beobachtungspunkten auf dem Boden sind im Wesentlichen
symmetrisch gegenüber
der Längsmittelachse.
- – Die
Querabstände
dn in Zentimeter zwischen zwei benachbarten Paaren von Beobachtungspunkten
auf dem Boden sind durch die Formel festgelegt, sodass vor allem
eine unterbrochene Markierungslinie auf dem Boden erfasst wird.
Dabei entspricht n der laufenden Nummer des Paars an Beobachtungspunkten
auf dem Boden in Richtung der Längsachse,
L1 der Länge
in Zentimeter eines Strichs der unterbrochenen Linie, L2 der Breite
in Zentimeter eines Strichs der unterbrochenen Linie, E dem Abstand
in Zentimeter zwischen zwei aufeinander folgenden Strichen, e dem
Abstand in Zentimeter zwischen zwei Sensoren eines Paars an Beobachtungspunkten
auf dem Boden und c einer bestimmten Konstante in Zentimeter, die
eine Sicherheitsspanne der Erfassung festlegt.
- – Mindestens
ein Teil der Sensoren ist gegenüber der
Vertikalen um einen Winkel geneigt, der im Wesentlichen gleich oder
größer als
der Halbwinkel des Sichtkegels ist.
- – Mindestens
ein Teil der Sensoren ist gegenüber der
Vertikalen um einen Winkel zwischen ungefähr 5 und 45 Grad geneigt.
- – Mindestens
ein Teil der Sensoren ist im vorderen Schild des Fahrzeugs angeordnet.
- – Das
Fahrzeug umfasst sieben Sensorpaare.
- – Der
Abstand zwischen den beiden Beobachtungspunkten auf dem Boden eines
Paars beträgt ungefähr zwischen
5 und 25 Zentimeter.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile werden bei der Lektüre der folgenden Beschreibung
deutlich, die auf die Figuren Bezug nimmt.
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1 zeigt
in schematischer Draufsicht ein Fahrzeug auf einer Fahrbahn.
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2 ist
eine schematische Teilansicht eines Fahrzeugs von vorne, die eine
erste Anordnung der Erfassungssensoren nach der Erfindung veranschaulicht.
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3 zeigt
schematisch den Aufbau eines Paars an erfindungsgemäßen Erfassungssensoren.
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4 ist
ein Blockschaltbild, das Aufbau und Funktionsweise der Erfassungsvorrichtung
nach einer bevorzugten Ausführungsart
der Erfindung zeigt.
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5 ist
eine schematische Teilansicht eines Fahrzeugs von vorne, die die
Verteilung der Beobachtungspunkte auf dem Boden bei einer zweiten Anordnung
der Sensoren nach der Erfindung veranschaulicht.
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Die
insbesondere in den 2 und 4 dargestellte
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erfassung einer Fahrbahnoberfläche umfasst mehrere Sensoren
c1 bis cn, die mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 2 verbunden
sind, beispielsweise mit einem Rechner.
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Im
oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind
die Sensoren an einem Fahrzeug 1 montiert und zur Fahrbahnoberfläche 4 gerichtet,
um Veränderungen
an dieser und insbesondere Markierungslinien auf dem Boden zu erfassen.
Jeder Sensor c1 bis c8 hat eine Beobachtungsfläche oder einen Beobachtungspunkt
auf dem Boden v1 bis v8. Die Datenverarbeitungseinrichtung 2 besteht
beispielsweise aus einem Rechner eines Multiplex-Netzes des Fahrzeugs 1.
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Erfindungsgemäß umfasst
das Fahrzeug 1 mehrere Sensoren, die derart zueinander
angeordnet sind, dass mindestens ein Teil der Beobachtungspunkte
auf dem Boden der Sensoren paarweise verbunden ist, wobei die beiden
Beobachtungspunkte auf dem Boden jedes Paars durch einen bestimmten ersten
Abstand e voneinander getrennt sind. Außerdem sind die Sensoren derart
zueinander angeordnet, dass die Querabstände zwischen zwei benachbarten
Paaren von Beobachtungspunkten auf dem Boden von der Außenseite
zur Innenseite des Fahrzeugs 1 in einer Richtung zunehmen,
die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 5 des Fahrzeugs verläuft.
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Denn überraschenderweise
erhöht
eine solche Anordnung der Sensoren die Erfassungsqualität gegenüber den
Systemen des Stands der Technik. Insbesondere ist festzustellen,
dass die Erfindung eine Unterbrechung in der Fahrbahnoberfläche und insbesondere
einer Markierungslinie auf dem Boden verlässlicher und ausführlicher
erfasst.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Sensorpaars c1, c2, das durch einen Abstand e voneinander
getrennt ist und im Wesentlichen parallele Erfassungsachsen besitzt.
Jeder Sensor c1, c2 umfasst Mittel 10, die Wellen in einem
wenig gestörten Lichtbereich
aussenden, und Mittel 11 zur Aufnahme der reflektierten
Wellen. Die Sensoren c1, c2 arbeiten beispielsweise im Infrarotbereich.
Die Mittel 10 zum Aussenden und die Mittel 11 zum
Aufnehmen der Wellen sind bei spielsweise mit Verstärkungsmitteln 12 verbunden,
die an ihrem Ausgang 13 Daten an den Rechner 2 liefern
(4).
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Im
Ausführungsbeispiel,
das in 2 beschrieben wird, umfasst das Fahrzeug vier
Paare p1 bis p4 von Sensoren c1 bis c8. Vorzugsweise sind die vier
Paare p1 bis p4 der Sensoren c1 bis c8 so angeordnet, dass ihre
Beobachtungspunkte auf dem Boden v1 bis v8 zu Paaren p1 bis p4 verbunden
sind, wobei die Paare von Beobachtungspunkten auf dem Boden im Wesentlichen
symmetrisch gegenüber
der Längsmittelachse 5 des
Fahrzeugs angeordnet sind. Die beiden Beobachtungspunkte auf dem
Boden eines Paars liegen beispielsweise ungefähr 5 bis 20 Zentimeter und
vorzugsweise ungefähr
10 Zentimeter auseinander.
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Außerdem bilden
die auf der gleichen Seite des Fahrzeugs angeordneten zwei benachbarten Sensorenpaare
p1, p2 oder p4, p3 Paare von Beobachtungspunkten auf dem Boden,
die ungefähr
15 bis 50 Zentimeter und vorzugsweise ungefähr 24 Zentimeter voneinander
beabstandet sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante
ist der Querabstand in Zentimeter zwischen zwei benachbarten Paaren
pn, pn + 1 von Beobachtungspunkten auf dem Boden der Sensoren durch
die Formel dn = K·Rn bestimmt, wobei n die laufende Nummer des
Paars pn von Beobachtungspunkten auf dem Boden vn in Richtung der
Längsachse 5 und
R ein erster konstanter multiplikativer Koeffizient ist, der im
Wesentlichen 1,2 entspricht, und K ein zweiter konstanter Koeffizient
ist, der im Wesentlichen 20 entspricht.
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Auch
diese Konfiguration verbessert die Erfassung gegenüber den
Systemen aus dem Stand der Technik und vereint einen einfachen Aufbau
mit niedrigen Kosten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Positionierung
der Sensoren cn insbesondere an die Erfassung von unterbrochenen Markierungslinien
auf dem Boden angepasst werden (
1). So kann
der Querabstand dn in Zentimeter zwischen zwei benachbarten Paaren
pn, pn + 1 von Beobachtungspunkten auf dem Boden vn durch die folgende
Formel bestimmt werden:
So wird insbesondere eine
unterbrochene Markierungslinie auf dem Boden erfasst, wobei n der
laufenden Nummer des Paars pn von Beobachtungspunkten auf dem Boden
vn in Richtung des Fahrzeuginneren entspricht, L1 der Länge in Zentimeter
eines Strichs
6 der unterbrochenen Linie, L2 der Breite
in Zentimeter eines Strichs
6 der unterbrochenen Linie, E
dem Abstand in Zentimeter zwischen zwei aufeinander folgenden Strichen
6,
e dem Abstand in Zentimeter zwischen den beiden Beobachtungspunkten auf
dem Boden eines Paars pn und c einer bestimmten Konstante in Zentimeter,
die eine Sicherheitsspanne der Erfassung festlegt.
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Die
Sicherheitsspanne c der Erfassung wird abhängig von den gewünschten
Anwendungen und der gewünschten
Erfassungsgenauigkeit gewählt. Die
Sicherheitsspanne c bildet den Mindest-Überwachungsabstand
auf dem Boden durch einen Sensor, von dem ausgehend eine Veränderung
als potenzielle Markierung betrachtet werden kann. Die Sicherheitsspanne
c wirkt also wie ein Abstand, der einen Filter bildet, damit kleine
Gegenstände
auf der Fahrbahnoberfläche 4 wie
beispielsweise Papier nicht berücksichtigt
werden. Die Sicherheitsspanne c kann auf einen Wert zwischen beispielsweise
0 und 50 Zentimeter und vorzugsweise ungefähr 20 Zentimeter festgelegt
werden.
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Diese
Anordnung der Sensoren nach der Erfindung erlaubt eine zuverlässige Erfassung
der Oberflächenveränderungen
der Fahrbahn 4 des Fahrzeugs 1 und eignet sich
besonders gut für
die Erfassung einer unterbrochenen Markierung 4 auf dem Boden.
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Insbesondere
wurde festgestellt, dass eine solche Anordnung eine zuverlässige und
frühzeitige Erfassung
einer Drift eines Fahrzeugs gegenüber seiner Bahn erlaubt, insbesondere
gegenüber
einer unterbrochenen Markierungslinie auf dem Boden. Denn wenn das
Fahrzeug mit einem kleinen Winkel von seiner Bahn abdriftet und
sich die Fahrbahnoberfläche ändert (beispielsweise
beim Überfahren
einer unterbrochenen Markierung), erfassen die Paare p1, pn von
Beobachtungspunkten auf dem Boden vn, die am weitesten außen am Fahrzeug 1 angeordnet
sind, diesen Zustand. Eine Drift mit einem etwas größeren Winkel
wird von den folgenden Paaren p2, pn – 1 von Beobachtungspunkten
auf dem Boden vn erfasst und so weiter.
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Es
hat sich also Folgendes gezeigt: Je kleiner der Winkel des Fahrzeugs
gegenüber
einer Grenze (unterbrochene Markierung oder andere Oberflächenveränderung)
ist, desto mehr wird sie von den Sensoren erfasst, die zur Außenseite
des Fahrzeugs gerichtet sind. Dieses Erfassen durch die so genannten äußeren Sensoren
erlaubt eine frühzeitige
Erkennung einer Drift des Fahrzeugs 1 gegenüber seiner Bahn.
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Um
die erfindungsgemäße Vorrichtung
so auszulegen, dass sie jede unterbrochene Markierung auf dem Boden
erfasst, das heißt
um sie auf die verschiedenen Markierungen unterschiedlicher Länder anzupassen,
kann man die Formel
einsetzen, wobei die Breite
des Strichs L2 auf ihren kleinstmöglichen Wert festgelegt wird.
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Ebenso
legt man den Faktor
auf seinen kleinstmöglichen
Wert fest, der abhängig von
den bekannten Bodenmarkierungen gefunden wird.
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In
den größten europäischen Ländern beträgt die Mindestbreite
des Strichs L2 um die 10 Zentimeter, während der Faktor
im Wesentlichen 1,2 entspricht
(Sicherheitsspanne c auf 20 Zentimeter festgelegt).
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So
kann durch einen Abstand zwischen den beiden Beobachtungspunkten
auf dem Boden jedes Paars pn von ungefähr 10 Zentimeter der Querabstand
dn in Zentimeter zwischen zwei benachbarten Paaren pn, pn + 1 durch
die Formel dn = 20 × 1,2n bestimmt werden.
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Das
in 5 dargestellte Fahrzeug umfasst sieben Paare p1
bis p7 von Sensoren, die im vorderen Schild 8 vor den Rädern 3 des
Fahrzeugs nach der obigen Formel angeordnet sind. Die vierzehn Sensoren
sind nur durch ihre Beobachtungspunkte auf dem Boden v1 bis v14
symbolisiert.
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Der
Abstand d1 zwischen dem ersten Paar p1 und dem zweiten Paar p2 von
Beobachtungspunkten auf dem Boden entspricht im Wesentlichen 24
Zentimeter; der Abstand d2 zwischen dem zweiten Paar p2 und dem
dritten Paar p3 von Beobachtungspunkten auf dem Boden entspricht
im Wesentlichen 29 Zentimeter und der Abstand d3 zwischen dem dritten
Paar p3 und dem vierten Paar p4 von Beobachtungspunkten auf dem
Boden entspricht im Wesentlichen 34,7 Zentimeter.
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Das
vierte Paar p4 von Beobachtungspunkten auf dem Boden v7, v8 ist
an der Längsmittelachse 5 des
Fahrzeugs angeordnet. Das fünfte
Paar p5, das sechste Paar p6 und das siebte Paar p7 von Beobachtungspunkten
auf dem Boden v9 bis v14 sind symmetrisch auf der anderen Seite
der Längsmittelachse 5 des
Fahrzeugs angeordnet (d6 = d1).
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Erfindungsgemäß können die
Sensoren unabhängig
voneinander in Richtungen angeordnet sein, die zur Längsachse 5 des
Fahrzeugs parallel sind. Vorzugsweise sind die Sensoren c1 bis cn
jedoch im vorderen Teil des Fahrzeugs angeordnet, damit sie möglichst
früh eine
Veränderung
der Fahrbahnoberfläche 4 erfassen.
Ebenso können
die Sensoren in einem ganz anderen Teil des Fahrzeugs angeordnet
sein, beispielsweise in den Seitenspiegeln.
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Darüber hinaus
kommt auch eine paarweise Anordnung der Sensoren mit „einfachen" Beobachtungspunkten
auf dem Boden in Frage.
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Außerdem können die
Infrarotsensoren durch Ultraschall- und oder Videosensoren oder
andere gleichwertige Elemente ersetzt oder gemeinsam mit diesen
eingesetzt werden.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
So kommt eine Vorrichtung in Frage, bei der die Paare von Beobachtungspunkten
auf dem Boden nur auf einer Seite des Fahrzeugs angeordnet sind,
um nur diese Seite auf eine Oberflächenveränderung hin zu überwachen.
Ebenso kann die Erfindung mehr als sieben Paare von Beobachtungspunkten
auf dem Boden umfassen.
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Außerdem können alle
oder ein Teil der Sensoren seitlich zur Außenseite des Fahrzeugs gerichtet
sein.
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Insbesondere
können
die Sensoren nach vorne oder nach hinten und/oder zu einer Seite
des Fahrzeugs gegenüber
der Vertikalen geneigt sein.
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Vorzugsweise
entspricht der Neigungswinkel der Sensoren gegenüber der Vertikalen im Wesentlichen
dem Halbwinkel A des Sichtkegels 7 oder ist größer als
dieser. Der Sichtkegel 7 eines Sensors c1 wird vom Sichtfensterwinkel
des Sensors festgelegt (2).
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Vorzugsweise
sind die Sensoren gegenüber der
Vertikalen um einen Winkel B zwischen ungefähr 5 und 45 Grad und vorzugsweise
15 Grad geneigt (3).
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Die
oben definierte Ausrichtung der Sensoren verbindet eine gute Qualität der Erfassung
des Bodens mit einer frühzeitigen
Erfassung. Denn es ist festzustellen, dass die Größe, Form
und Position, die von den Beobachtungsspuren oder -punkten auf dem Boden
erhalten werden, welche von den Sensoren ausgesandt werden, die
Erfassungsqualität
des Systems gegenüber
dem Stand der Technik verbessern.
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Vorzugsweise
beschreibt die von einem Sensor beobachtete Fläche auf dem Boden eine im Wesentlichen
elliptische oder kreisförmige
Spur und besitzt einen Durchmesser in der Größenordnung von circa 5 bis
10 Zentimeter. Darüber
hinaus sind die Sensoren vorzugsweise auf einer Höhe über dem Boden
zwischen ungefähr
15 Zentimeter und 1 Meter angeordnet.
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Unter
Bezugnahme auf 4 kann die Erfassungsvorrichtung
eingesetzt werden, um den Fahrer vor einem möglichen Abdriften des Fahrzeugs von
der Bahn warnen. In Abhängigkeit
von den Informationen, die von den Sensoren c1, cn erhoben werden,
kann die Datenverarbeitungseinrichtung 2 Sicherheitsmittel 9 wie
Signalmittel nach außen
(beispielsweise Blinker) oder Mittel zum Warnen des Benutzers des
Fahrzeugs (Leucht- und/oder Ton- und/oder Tastsignal) aktivieren.
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Vorteilhafterweise
kann die Aktivierung oder Nicht-Aktivierung der Sicherheitsmittel 9 auch
von einer Information M abhängig
gemacht werden, die für das
In-Gang-Setzen oder Nicht-In-Gang-Setzen des Erfassungssystems steht
(beispielsweise ein Schalter), und/oder von der Geschwindigkeit
V des Fahrzeugs und/oder von einem Zustand S der Aktivierung oder
Nicht-Aktivierung der Blinker des Fahrzeugs.
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Das
heißt
das Überwachungs-
und Sicherheitssystem kann einen Steuerschalter aufweisen, mit dem
der Benutzer des Fahrzeugs das Systems ein- oder ausschaltet.
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Es
ist auch denkbar, die Überwachungs-
und Warnvorrichtung zu aktivieren, wenn die Geschwindigkeit V des
Fahrzeugs eine bestimmte Grenze übersteigt,
beispielsweise in der Größenordung
von 80 km/h.
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Vorzugsweise
aktiviert die Datenverarbeitungseinrichtung die Sicherheitsmittel 9 nicht,
wenn fast gleichzeitig auf beiden Seiten des Fahrzeugs eine Überschreitung
festgestellt wird. Auf diese Weise wird dem Benutzer des Fahrzeugs
das normale Überfahren
einer Querlinie nicht angezeigt.
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Ebenso
können
die Warn- und Sicherheitsmittel nur dann aktiviert werden, wenn
eine anormale Unterbrechung, die von einem ersten Sensor festgestellt
wurde, von mindestens einer zweiten Messung durch einen benachbarten
Sensor bestätigt
wird.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit besonderen Ausführungsarten beschrieben wurde,
umfasst sie alle Mittel, die zu den in den folgenden Ansprüchen beschriebenen
Mitteln technisch gleichwertig sind.
