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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Objektdetektionssystem. Ein solches System kann beispielsweise
im Rahmen einer adaptiven Fahrgeschwindigkeits- und/oder Abstandsregelung
eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Ein solche Regelung kann
ohne Eingriff durch den Fahrer eine zuvor eingestellte Fahrgeschwindigkeit
und/oder einen zuvor eingestellten Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug
oder zu sich in Fahrtrichtung befindlichen Gegenständen und/oder
Objekten regeln. Dies geschieht unter entsprechender Berücksichtigung
des Umfelds des Kraftfahrzeuges und gegebenenfalls weiterer Parameter
wie beispielsweise den Witterungs- und Sichtbedingungen. Eine solche
Regelung wird auch als Adaptive-Cruise-Control-System (ACC-System)
bezeichnet. Das ACC-System muß insbesondere
mit Blick auf die steigende Verkehrsdichte der heutigen Zeit flexibel
genug sein, um auf alle Fahrsituationen geeignet zu reagieren. Dies
erfordert wiederum eine entsprechende Objektdetektionssensorik,
um in jeder Fahrsituation die für
die Regelung notwendigen Meßdaten
zu liefern.
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Zur Objektdetektion bieten sich eine
Vielzahl verschiedener technischer Konzepte/Systeme an, von denen
einige im folgenden näher
erläutert
werden.
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Aus der
DE 43 30 476 A1 ist ein
optisches Radarsystem für
ein Kraftfahrzeug bekannt. Das Radarsystem enthält im wesentlichen eine lichtemittierende
Einheit zur Emission von Licht in Richtung eines Zielobjektes, und
eine lichtempfangende Einheit zum Einfangen des Lichts, das von
dem Zielobjekt reflektiert worden ist. Die lichtempfangende Einheit
enthält
eine Kondensorlinse, die angeordnet ist, um das reflektierte Licht
einzufangen, sowie ein lichtempfindliches Element, das bei einer
Position angeordnet ist, die von einem Brennpunkt der Kondensorlinse
um eine im voraus ausgewählte
Entfernung in einen bilderzeugenden Raum von ihr versetzt angeordnet
ist, um dem Licht ausgesetzt zu sein, das sich von der Kondensorlinse
her kommend ausbreitet, um einen engeren Detektionsbereich für ein entferntes
Zielobjekt und einen weiteren Detektionsbereich für ein nahes
Zielobjekt sicherzustellen. Mit anderen Worten: Um einen engeren
Detektionsbereich für
ein entferntes Zielobjekt und einen weiteren Detektionsbereich für ein dichtes
Zielobjekt sicherzustellen, werden ein erstes und ein zweites lichtempfindliches
Element bei entsprechenden Positionen in einem bilderzeugenden Raum
einer ersten und einer zweiten Kondensorlinse angeordnet.
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Ein solches auf Lichtemission und
Lichtaufnahme basierendes optisches Radarsystem wird im folgenden
auch als LIDAR-Sensor (LIght Detection And Ranging) bezeichnet.
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Aus der
DE 197 13 826 A1 ist eine
Radarvorrichtung und ein diese Radarvorrichtung verwendendes Fahrzeugsicherheitsabstands-Steuersystem
bekannt. Die Radarvorrichtung weist einen sich drehenden Polygonspiegel
mit einer Mehrzahl von mit unterschiedlichen Winkeln geneigten Spiegeloberflächen auf.
Eine Halbleiterlaserdiode und eine Kollimatorlinse sind über dem
Polygonspiegel angeordnet. Ein Infrarotpulsstrahl, der von der Laserdiode
abgegeben wird, wird von einem Reflexionsspiegel reflektiert, der an
einer oberen Stelle vor dem Polygonspiegel angeordnet ist, um den
Pulsstrahl schräg
nach unten zu dem sich drehenden Polygonspiegel hin derart zu reflektieren,
daß der
Pulsstrahl als ein Sendestrahl reflektiert wird, der zu einem Meßbereich
in einer vorderen Richtung hin fortschreitet. Eine Lichtaufnahmeeinrichtung
nimmt den Sendestrahl auf, der von einem Objekt zurückkehrt,
das sich innerhalb des Meßbereichs
befindet. Durch die Verwendung des sich drehenden Polygonspiegels
ist eine zweidimensionale Abtastung in vorderer Richtung möglich, wobei
durch die Drehung des Polygonspiegels eine horizontale Schwenkung
des Pulsstrahls und durch die mit unterschiedlichen Winkeln geneigten
Polygonspiegelfächen
eine vertikale Schwenkung des Pulsstrahls möglich ist. Auf Grundlage der
Zeit zwischen einem Senden des Pulsstrahls und einem Aufnehmen des
reflektierten Strahls bestimmt eine Berechnungsschaltung einen Abstand,
einen Winkel und eine Relativgeschwindigkeit zu einem erfaßten vorausfahrenden
Fahrzeug.
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Eine solche auf Licht basierende
Radarvorrichtung wird im weiteren ebenfalls als LIDAR-Sensor bezeichnet.
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Aus der
DE 195 30 065 A1 ist ein
monostatischer FMCW-Radarsensor für ein Fahrzeug zur Detektion
von Objekten bekannt. Bei diesem Radarsensor werden über Antennen-Feeds,
die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen eines entsprechenden
Echosignals ausgebildet sind, hochfrequente Mikrowellenstrahlen
(im Bereich von ca. 76 bis 77 GHz) abgestrahlt. Die Strahlen werden
in Sende- und Empfangsrichtung von im Strahlengang liegenden dielektrischen
Stielstrahlern konzentriert und von einer dielektrischen Linse fokussiert.
Die Millimeter-Wellen werden mittels eines Gunn-Oszillators erzeugt,
der von einem Stabilisierungsnetzwerk angesteuert wird, das ein
Linearisierungsnetzwerk mit einem Frequenzregler enthält. Die
so erzeugten Millimeter-Wellen werden über Leitungen auf parallel
geschaltete Ratraceringe geführt,
um von dort über
die Antennen-Feeds abgestrahlt zu werden. Die von einem möglichen
Zielobjekt reflektierten Millimeter-Wellen gelangen über die
Antennen-Feeds, die Ratraceringe und über Ringmischer zur weiteren
Signalverarbeitung. Über
die Ringmischer wird ein Teil der Energie des Gunn-Oszillators abgezweigt
und heruntergemischt. Für
die weitere Signalbearbeitung ist für jeden Empfangskanal eine
gesonderte Auswertung vorhanden, die unter anderem einen Verstärker, einen
Tiefpaßfilter,
einen nachgeschalteten Bewertungsfilter und einen A/D-Wandler enthält. Die
nach der A/D-Wandlung erhaltenen Signale werden mittels einer Fast-Fourier-Transformation
ausgewertet.
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Ein entsprechend ausgelegter FMCW-Radarsensor
hat eine Reichweite von ca. 150 m und wird bevorzugt für die Detektion
von einem oder mehreren Objekten bei einem Fahrzeug eingesetzt.
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Ein solcher FMCW-Radarsensor wird
im folgenden auch als ACC-Radarsensor (Adaptive Cruise Control)
oder einfach ACC-Sensor bezeichnet.
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Die
DE 197 24 496 A1 offenbart eine Hinderniserfassungsvorrichtung
und eine diese verwendende Insassensicherheitsvorrichtung. Die Hinderniserfassungsvorrichtung
ermittelt die Entfernung zwischen einem Hindernis und einem Fahrzeug
mittels zweier Entfernungsmeßsensoren,
und umfaßt
eine Aufprallwinkelberechnungseinrichtung, bei der eine Vielzahl
von Positionen des Hindernisses durch Triangulation auf der Basis
der durch die beiden Entfernungsmeßsensoren bereitsgestellten
Entfernungsinformation berechnet werden. Es wird zudem aus dem Ort
des Hindernisses, der mittels der berechneten Vielzahl der Positionen
des Hindernisses berechnet wird, ein zwischen dem Hindernis und
dem Fahrzeug gebildeter Aufprallwinkel bestimmt. Die beiden zum Einsatz
kommenden Entfernungsmeßsensoren
sind links und rechts am vorderen Teil eines Kraftfahrzeugs angebracht
und sind als Radarsensoren ausgeführt. Der maßgeblich Entfernungsmeßbereich
der Sensoren liegt im Bereich unterhalb eines Meters.
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Eine solche Hinderniserfassungsvorrichtung wird
im folgenden auch als PreCrash-Sensor oder als Short-Range-Radar
bezeichnet.
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Aus der
US 5,872,536 ist ein Multi-Sensor-Objektdetektionssystem
bekannt, das die momentane Entfernung, die relative Geschwindigkeit, den
Kollisionswinkel und den Aufprallpunkt eines kollidierenden Objekts
bestimmt. Das System besteht aus einer Mehrzahl von Signalgebern,
die innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs einen vorgegebenen
Bereich überwachen.
Jeder Signalgeber sendet eine modulierte Trägerwelle aus und empfängt die entspechende
von einem Objekt reflektierte modulierte Trägerwelle. Aus den reflektierten
Signalen wird unter Ausnutzung des Doppler-Effekts der Abstand des
Objekts zu jedem einzelnen Signalgeber anhand der Amplituden der
harmonischen Komponenten des reflektierten Signals bestimmt. Anhand
der Frequenzen der harmonischen Komponenten des reflektierten Signals
wird die momentane Relativgeschwindigkeit zu dem Objekt bestimmt.
Eine Aufprallbestimmungseinheit bestimmt anhand der Abstands- und Relativgeschwindigkeitsdaten,
ob es zu einer Kollision kommt und wenn ja, wo der Aufprallpunkt
liegen wird und unter welchem Winkel es zur Kollision kommt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
sieht die Verwendung von zwei Signalgebern vor, die in einem Frequenzbereich
von 5,8 GHz arbeiten. Die maximale Reichweite des Sensorsystems
liegt bei 3 Meter, wobei sich ein besonders sensibler Bereich bis
zu einer Reichweite von ca. 1,5 Metern ergibt. Eine solches Sensorsystem
wird im folgenden ebenfalls als PreCrash-Sensor oder als Short-Range-Radar
bezeichnet.
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Aus der
DE 42 35 619 C2 ist eine
Entfernungsbestimmungseinrichtung für Automobile bekannt, die mit
einer Abbildungs- und Bildaufnahmevorrichtung zum Abbilden von Gegenständen in
einem vorgegebenen Bereich außerhalb
des Automobils ausgestattet ist. Das Entfernungsbestimmungssystem
ist mit einem stereoskopischen optischen System versehen und enthält eine
stereoskopische Bildverarbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten der von
dem optischen System gemachten Abbildungen, um dreidimensionale
Entfernungsdaten zu berechnen. Das System ist in der Lage in einem
Entfernungsbereich zwischen 2 m und 100 m ein mögliches Hindernis und die Form
der Straße
zu erkennen, sofern das System im oberen Bereich hinter der Windschutzscheibe
angeordnet ist. Das stereoskopische optische System enthält Kameras,
in denen bildgebende Festkörperelemente,
wie CCD (charge coupled device), Verwendung finden. Insgesamt sind
in dem System vier CCD-Kameras
vorhanden, wobei zwei für
die Beobachtung kurzer Distanzen und zwei für die Beobachtung großer Distanzen
angeordnet sind.
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Eine solche Entfernungsbestimmungseinrichtung
wird im folgenden auch als stereoskopische Kamera bezeichnet.
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Aus der
DE 42 09 536 C2 ist eine
Bildzelle für einen
Bildaufnehmer-Chip bekannt. Von den Bildzellen ist eine Vielzahl
in Form eines zweidimensionalen Arrays angeordnet. Es ist eine Auswertelogik
vorgesehen, die zur Abbildung einer hohen Eingangssignaldynamik
auf eine hohe Ausgangssignaldynamik ausgelegt ist. Das lichtempfindliche
Element der Bildzelle besteht aus zwei MOS-Transistoren, mit denen die
Kompression der Eingangssignaldynamik und die Verstärkung des
Augangssignals geregelt werden kann. Ein solcher Bildsensor kann
insbesondere im sichtbaren Spektralbereich eingesetzt werden.
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Eine solche Anordnung von Bildzellen
wird im folgenden auch als CMOS-Kamera bezeichnet.
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Aus der
DE 196 22 777 A1 ist ein
Sensorsystem zur automatischen relativen Positionsbestimmung zwischen
zwei Objekten bekannt. Das Sensorsystem besteht aus einer Kombination
eines winkelunabhängigen
Sensors und eines winkelabhängigen Sensors.
Der nicht winkelauflösende
und somit winkelunabhängige
Sensor ist als ein Sensor ausgeführt,
der über
eine Laufzeitmessung den Abstand zu einem Objekt auswertet. Als
mögliche
Sensoren werden RADAR-, LIDAR- oder Ultraschallsensoren vorgeschlagen.
Der winkelabhängige
Sensor besteht aus einer geometrischen Anordnung von optoelektronischen
Sendern und Empfängern,
die in Form von Lichtschranken angeordnet sind. Die Sensoren, die beide
einen gemeinsamen Detektionsbereich abdecken sind räumlich eng
benachbart angeordnet. Um ein relative Position zu dem Objekt zu
bestimmen, wird mittels des winkelunabhängigen Sensors der Abstand
zu dem Objekt und mittels des winkelauflösenden Sensors der Winkel zu
dem Objekt bestimmt. Auf Basis des Abstands und des Winkels zu dem
Objekt ist die relative Position zu dem Objekt bekannt. Als Alternative
zu der genannten Anordnung von optoelektronischen Sendern und Empfängern wird
eine Verwendung von zwei Sensoren vorgeschlagen, die gemeinsam nach
dem Triangulationsprinzip den Winkel zu dem Objekt bestimmen.
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Die
DE 41 10 132 A1 offenbart ein Fahrzeugabstandssteuergerät, das mittels
einer Steuereinheit das Drosselstellglied eines Fahrzeugs, das Bremsstellglied
des Fahrzeugs sowie eine Alarmvorrichtung in dem Fahrzeug ansteuert.
Der Steuereinheit werden als Eingangsdaten unter anderem die Fahrzeuggeschwindigkeit
und die Daten zweier Bereichssucher und eines Spurverfolgungsbereichssuchers
zugeführt.
Die beiden Bereichssucher sind als optische Bereichssucher ausgebildet,
die Licht auf ein Objekt abstrahlen und das von dem Objekt reflektierte
Licht erfassen. Es sind dabei Typen vorgesehen, die nach dem Laufzeit-
oder dem Triangulationsprinzip arbeiten. Die beiden Bereichssucher
sind jeweils an den beiden äußeren Seiten
an der Frontseite des Fahrzeugs angebracht und überwachen die vorausliegende
Fahrspur auf von benachbarten Spuren her einscherende Fahrzeuge.
Der Spurverfolgungsbereichssucher weist ein Paar parallel zueinander angeordneter
optischer Linsen sowie entsprechend hinter den Linsen angeordnete
Bildsensoren auf. Der Spurverfolgungsbereichssucher dient dazu,
ein in der eigenen Fahrspur vorausfahrendes anderes Fahrzeug zu
beobachten und dieses für
die Fahrzeugabstandsregelung auszuwählen. Falls während des
geregelten Betriebs von einem der beiden Bereichssucher das Einscheren
eines Fahrzeugs festgestellt wird, wird die Alarmvorrichtung aktiviert.
Diese Schrift stellt somit eine Kombination von LIDAR-Sensoren mit
einer stereoskopischen Kamera dar.
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Die
DE 195 18 978 A1 beschreibt ein Hinderniserfassungssystem
für Kraftfahrzeuge,
welches zusätzlich
zur Entfernung zu einem Hindernis noch dessen Breite und Höhe bestimmen
kann. Die Entfernung zu einem Gegenstand, der sich vor dem Kraftfahrzeug
befindet, und die Breite des Gegenstands, werden durch eine Laserradarentfernungsmeßeinheit
festgestellt. Auf Grundlage der von der Laserradarentfernungsmeßeinheit
gelieferten Abstandsinformation wird bei einer optischen Abbildungseinheit, die
aus einer vertikal angeordneten Stereo-Videokameravorrichtung besteht,
ein entsprechendes Fenster zur Abbildung ausgewählt. In Kenntnis der zuvor bestimmten
Abstandsinformation ist es im Rahmen der Bildauswertung möglich, die
Größe und somit
die Höhe
des detektierten Gegenstands zu bestimmen. Für den Fall, daß ein Fehler
entweder in der Laserradarentfernungsmeßeinheit oder der Stereo-Videokameraeinheit
auftritt, kann zumindest noch die Information in bezug auf die Entfernung
zum Gegenstand oder Hindernis ermittelt werden.
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Diese Schrift stellt somit eine Kombination
eines LIDAR-Sensors mit einer stereoskopischen Kamera dar.
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Die
GB 2 309 555 A offenbart ein Fahrgeschwindigkeitsregelsystem,
das die Beschleunigung eines Fahrzeugs, vom Stillstand oder von
niedrigen Geschwindigkeiten ausgehend, regelt. Das System ist mit
einer Kombination aus einem Doppler-Radar und vier Ultraschallsensoren
ausgestattet. Hierbei detektiert das Radar einen Erfassungsbereich
von ca. 10° in
Fahrtrichtung. Die vier Ultraschallsensoren gehören zu einem Einparkhilfe-System
und sind ebenso wie das Radar an der Frontseite des Fahrzeugs angebracht.
Zwei der Sensoren sind in der Nähe
der vorderen Ecken des Kraftfahrzeugs und die anderen beiden Sensoren
zentral neben dem Radar an der Fahrzeugfrontseite angebracht. Die
Ultraschallsensoren weisen eine Reichweite von bis zu 2 m auf und
sind von ihren Erfassungsbereichen her so ausgelegt, dass eine Überlappung
zwischen den einzelnen Erfassungsbereichen erreicht wird.
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Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objektdetektionssystem
anzugeben, das in der Lage ist, Objekte in einem möglichst
großen
Detektionsbereich zuverlässig
und genau zu detektieren.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Objektdetektionssystem
aus einer Kombination von wenigstens drei Objektdetektoren besteht,
die jeweils einen anderen Detektionsbereich und/oder eine andere
Detektionsreichweite aufweisen. Dies hat den Vorteil, daß für jeden
einzelnen Detektionsbereich der für diesen Bereich optimale Objektdetektor
eingesetzt werden kann. Durch diese Maßnahme können Objekte besonders zuverlässig und
genau detektiert werden.
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Bei einem Objektdetektionssystem,
das insbesondere für
ein System zur adaptiven Farhgeschwindigkeitsregelung (ACC-System)
in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, ist es vorteilhaft, daß die Detektionsbereiche
maßgeblich
in
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Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug
liegen, wobei sich die Detektionsbereiche überschneiden. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die maximale Detektionsreichweite des Objektdetektors
mit der größten Detektionsreichweite
wenigstens im Bereich von 100 m liegt und die Detektionsreichweite
des Objektdetektors mit der geringsten Detektionsreichweite im Bereich
unterhalb von 1 m beginnt. Weiterhin vorteilhaft ist, daß der Detektionsbereich
des Objektdetektors mit der größten Detektionsreichweite
wenigstens in Teilen des Detektionsbereiches eine Detektionsbreite
aufweist, die eine Detektion von Objekten in zu dem eigenen Kraftfahrzeug
angrenzenden Fahrspuren ermöglicht.
In Bezug auf den Detektionsbereich des Objektdetektors mit der geringsten
Detektionsreichweite ist es vorteilhaft, wenn dieser eine Detektionsbreite
aufweist, die wenigstens der Breite des eigenen Kraftfahrzeugs entspricht.
Hierdurch wird sichergestellt, daß in jedem Detektionsbereich
die erforderliche Detektionsbreite überwacht wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, daß die Objektdetektoren
nach wenigstens zwei verschiedenen technischen Konzepten arbeiten.
Vorteilhafterweise wird als technisches Konzept wenigstens eines
der folgenden eingesetzt:
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- 1. Auf akustischen Signalen basierende Objektdetektion,
insbesondere Ultraschall.
- 2. Auf elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung basierende Objektdetektion,
insbesondere FMCW-Radar und/oder Pulsradar.
- 3. Auf Bildauswertung basierende Objektdetektion, insbesondere
stereoskopische Kamera und/oder CMOS-Kamera.
- 4. Auf gebündeltem
Licht basierende Objektdetektion, insbesondere LIDAR-Sensor.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
ergibt sich, wenn genau drei Detektionsbereiche unterschieden werden.
Hierbei wird im ersten Detektionsbereich ein auf elektromagnetischer
Mikrowellenstrahlung basierender Objektdetektor eingesetzt, während im
zweiten Detektionsbereich ein auf optischer Strahlung und/oder ein
auf Bildauswertung basierender Objektdetektor zum Einsatz kommt.
Im dritten Detektionsbereich wird wiederum ein auf elektromagnetischer
Mikrowellenstrahlung basierender Objektdetektor verwendet. Diese
spezielle Objektdetektoranordnung vereint in ganz besonderer Weise
die Vorteile der einzelnen Objektdetektortypen. Bei dieser Anordnung
ist es vorteilhaft, daß der
erste Objektdetektor eine Detektionsreichweite von ca. 0,5 m bis ca.
7 m aufweist. Der zweite Objektdetektor hat eine Detektionsreichweite
von ca. 2 m bis ca. 40 m und der dritte Objektdetektor eine Detektionsreichweite von
mehr als ca. 40 m. Bei dieser Anordnung überschneiden sich in besonders
vorteilhafter Weise die ersten beiden Detektionsbereiche um ca.
5 m. Der zweite und der dritte Detektionsbereich überschneiden
sich ebenfalls. Die auf diese Weise entstehende Überschneidung der Detektionsbereiche
kann genutzt werden, um die aus diesen Bereichen stammenden Meßwerte zu
gesonderten Auswertungen zu verwenden. Diese gesonderten Auswertungen
können
beispielsweise ein gemeinsames Tracking der detektierten Objekte
im Überschneidungsbereich und/oder
eine Funktionsüberwachung
der Objektdetektoren und/oder eine Plausibilisierung der Meßdaten sein.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, daß die Objektdetektoren
zu wenigstens einer weiteren Anwendung genutzt werden. Dies kann
eine Einparkhilfe, eine Precrash-Erkennung, eine Anfahrüberwachung,
eine Straßenoberflächen- beziehungsweise Zustandserkennung,
eine Verkehrszeichenerkennung, eine Sichtweitenerkennung beziehungsweise
Sichtweitenbestimmung, eine adaptive Lichtverteilung, eine Scheinwerferhöhenverstellung
oder eine Wettererkennung beziehungsweise ein Regensensor sein. Die
hat den Vorteil, daß sonstige
zusätzliche
Sensoren für
diese Anwendungen entfallen können.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es,
das Objektdetektionssystem im Rahmen eines Systems zur adaptiven
Fahrgeschwindigkeitsregelung einzusetzen, wobei das System in der
Lage ist, die Geschwindigkeit kontinuierlich zwischen dem Stillstand
und der Höchstgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs zu regeln. Diese um die „Stehen-und-Fahren-Funktionalität" (Stop & Go) erweiterte
adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung ist ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des
erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert:
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1 zeigt
ein Kraftfahrzeug, das mit dem erfindungsgemäßen Objektdetektionssystem
ausgestattet ist.
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2 zeigt
das gleiche Fahrzeug mit dem Objektdetektionssystem, jedoch mit
beispielhaft detektierten Objekten.
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3 zeigt
eine mögliche
Anordnung der einzelnen Objektdetektoren im Frontbereich des Kraftfahrzeugs.
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4 zeigt
ein Kraftfahrzeug, das mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems
ausgestattet ist.
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5 zeigt
ein Kraftfahrzeug, das mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems
ausgestattet ist.
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1 zeigt
eine mehrspurige Straße 1,
auf der ein Kraftfahrzeug 2 fährt. Das Kraftfahrzeug 2 ist dabei
mit dem erfindungsgemäßen Objektdetektionssystem
ausgestattet. Das im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels vorgestellte
Objektdetektionssystem besteht aus einer Kombination von drei Objektdetektoren,
die jeweils einen anderen Detektionsbereich aufweisen, wobei sich
die Detektionsbereiche teilweise überschneiden. Die in Fahrtrichtung
vor dem Kraftfahrzeug liegenden Detektionsbereiche sind mit den
Bezugszeichen 3, 4 und 5 bezeichnet.
Deutlich erkennbar sind die Überschneidungen
zwischen den Bereichen 3 und 4 sowie zwischen
den Bereichen 4 und 5. Weiterhin deutlich erkennbar
ist, daß jeder
der Detektionsbereiche 3, 4 und 5 wenigstens
eine Detektionsbreite aufweist, die der Breite des Kraftfahrzeugs 2 entspricht.
Die Detektionsbereiche 4 und 5 erfassen in bestimmten
Bereichen die zu dem eigenen Kraftfahrzeug 2 angrenzenden
Fahrspuren. Es ist ebenfalls leicht erkennbar, daß alle drei
Detektionsbereiche 3, 4 und 5 unterschiedliche
Winkelaufweitungen besitzen. Je geringer die Detektionsreichweite
eines Detektionsbereiches ist, desto größer ist die Winkelaufweitung
des entsprechenden Detektionsbereiches. Der erste Detektionsbereich 3 hat
somit die größte Winkelaufweitung
und ist damit in der Lage bereits unmittelbar vor dem Fahrzeug 2 eine breite
Detektionsabdeckung zur Verfügung
zu stellen. Der Objektdetektor dieses ersten Detektionsbereiches 3 hat
eine Detektionsreichweite, die unmittelbar vor dem Kraftfahrzeug
beginnt und ca. 7 m in Fahrtrichtung reicht. Der in diesem Bereich
eingesetzte Objektdetektor kann beispielsweise ein auf elektromagnetischer
Mikrowellenstrahlung basierender sogenannter Short-Range-Radar sein,
wie er im Rahmen der Würdigung
des Standes der Technik beschrieben worden ist. Insbesondere, wenn
der Short-Range-Radar schon unmittelbar vor dem Kraftfahrzeug 2 eine
große
Detektionsbreite aufweisen soll, kann es erforderlich sein, mehr
als einen Short-Range-Radar an der Front des Kraftfahrzeuges 2 anzubringen.
Dieser Objektdetektor kann zusätzlich
zur Kombination mit den weiteren Objektdetektoren zu einem Objektdetektionssystem
zu weiteren Anwendungen wie beispielsweise der Einparkhilfe, der
Precrash-Erkennung oder der Anfahrüberwachung verwendet werden.
Der zweite in diesem Ausführungsbeispiel
dargestellte Detektionsbereich 4 kann beispielsweise ein
auf optischer Strahlung und/oder ein auf Bildauswertung basierender
Objektdetektor sein. Ein möglicher
auf optischer Strahlung beziehungsweise Laserstrahlung basierender
Objektdetektor kann ein LIDAR-Sensor sein, wie er im Rahmen der
Würdigung
des Standes der Technik beschrieben worden ist. Dieser LIDAR-Sensor,
der ein Detektionsbereich von ca. 2 m bis zu 40 m abdeckt, weist
in diesem Bereich eine besonders scharfe laterale und vertikale
Erfassung der zu detektierenden Objekte auf. Dies rührt von
dem stark gebündelten Lichtstrahl
eines solchen Systems her. Kommen beispielsweise Infrarotstrahlen
zum Einsatz, so ist eine Bündelung
von weniger als 1° möglich. Ein
solcher LIDAR-Sensor bietet darüber
hinaus den Vorteil, daß er
beispielsweise zusätzlich
zur Sichtweitenerkennung oder zur Wettererkennung beziehungsweise
als Regensensor eingesetzt werden kann. Voraussetzung für die Möglichkeit
der Sichtweitenerkennung ist hierbei, daß der LIDAR-Sensor eine Spektrenmessung
des reflektierten Lichtstrahls vornehmen kann. Alternativ oder auch
zusätzlich
zu dem beschriebenen LIDAR-Sensor für den Detektionsbereich 4,
kann für
diesen Bereich auch eine stereoskopische Kamera und/oder eine CMOS-Kamera
eingesetzt werden, wie sie im Rahmen der Würdigung des Standes der Technik
beschrieben worden ist. Eine solche Kamera bietet insbesondere im
Zusammenhang mit einem System zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC-System)
den Vorteil, daß eine
verbesserte Objektklassifikation möglich ist. Weiterhin bietet
die Kamera den Vorteil, daß parallel
zur Objektklassifikation eine Fahrspurerkennung durchgeführt werden
kann. Hierdurch kann ein im Speicher abgelegtes detektiertes Objekt
beispielsweise mit dem Attribut „in eigener Fahrspur" oder „nicht
in eigener Fahrspur" versehen werden,
was Vorteile bei der weiteren Behandlung/Auswertung der Objektdaten
bietet. Eine solche Kamera kann beispielsweise zusätzlich zur
Erkennung von Verkehrsschildern, als Sichtweitensensor, für eine adaptive
Lichtverteilung (ALV) oder in Kombination oder anstatt mit einem
Nickwinkelsensor zur Leuchtweitenregelung/ Höhenverstellung der Scheinwerfer
eingesetzt werden. Die vorgeschlagenen Detektoren für diesen
zweiten Detektionsbereich 4 werden von äußeren Einflüssen wie Nebel, Regen oder
Schnee mehr oder weniger stark beeinflußt, da sie von der optischen
Sichtweite abhängig
sind. Aus diesem Grund bietet sich für den dritten Detektionsbereich 5 insbesondere
ein Objektdetektor an, der diese Abhängigkeit nicht besitzt, da
die Auswirkungen durch äußere Einflüsse mit
größer werdender Entfernung
vom eigenen Kraftfahrzeug 2 stark zunehmen. Hierzu kann
beispielsweise ein Radarsensor eingesetzt werden, wie er von adaptiven
Fahrgeschwindigkeitsregelungen wie zum Beispiel Adaptive Cruise
Control (ACC) bekannt ist und wie er im Rahmen der Würdigung
des Standes der Technik beschrieben worden ist. Dieser ACC-Radarsensor weist
einen Detektionsbereich auf, der eine Reichweite von bis zu 150
m und wenigstens in Teilen des Detektionsbereiches eine Detektionsbreite
von bis zu drei Fahrspuren und breiter besitzt. Im allgemeinen ist
die Detektionsbreite eines ACC-Radarsystems entfernungsabhängig und
weitet sich in der Regel vom ACC-Radarsensor
ausgehend fächerförmig auf. Ein
solches ACC-Radarsystem
arbeitet üblicherweise
in einem Frequenzbereich von ca. 77 GHz. Der Übergangsbereich zwischen den
Detektionsbereichen 4 und 5 liegt in diesem Ausführungsbeispiel
bei ca. 40 m. Es sind jedoch auch Überschneidungen möglich, die
einen größeren und/oder
kleineren Überschneidungsbereich
der einzelnen Detektionsbereiche aufweisen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel
wird im Rahmen der Erläuterung
zu 4 beschrieben. Es
wird somit in 1 ein
Objektdetektionssystem gezeigt, das durch die erfindungsgemäße Kombination
von drei Objektdetektoren einen Detektionsbereich mit einer Länge bis
zu 150 m und einer Breite von bis zu drei Fahrspuren und breiter
abdeckt.
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In 2 ist
wiederum eine mehrspurige Straße 1,
ein Kraftfahrzeug 2 mit einem erfindungsgemäßen Objektdetektionssystem,
sowie ein erster Detektionsbereich 3, ein zweiter Detektionsbereich 4 und ein
dritter Detektionsbereich 5 dargestellt. Zusätzlich sind
in 2 gegenüber 1 drei mögliche Zielobjekte 6, 7 und 8,
in diesem Ausführungsbeispiel
als Kraftfahrzeuge, dargestellt. Im allgemeinen ist das Objektdetektionssystem
jedoch in der Lage verschiedenste stehende und/oder bewegte Ziele
zu detektieren. Dies können
beispielsweise im innerstädtischen Verkehr
auch Fußgänger und/oder
Fahrradfahrer sein, die die Straße 1 vor dem Kraftfahrzeug 2 überqueren
beziehungsweise betreten. In der vorliegenden Fahrsituation wird
das Kraftfahrzeug 6 von dem ersten Detektionsbereich 3 und
vom zweiten Detektionsbereich 4 erfaßt. Das zweite Kraftfahrzeug
7 wird von
den Detektionsbereichen 4 und 5 erfaßt, während das
Kraftfahrzeug 8 nur vom Detektionsbereich 5 erfaßt wird.
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Wäre
beispielsweise nur das Kraftfahrzeug 8 auf der Straße vorhanden,
so könnte
mit dem erfindungsgemäßen Objektdetektionssystem
festgestellt werden, daß sich
das Kraftfahrzeug 8 in einer zur eigenen Fahrspur des Kraftfahrzeugs 2 angrenzenden Fahrspur
befindet. Dies kann beispielsweise bei Einsatz eines stereoskopischen
Kamerasystems und/oder einer CMOS-Kamera durch eine Fahrspurerkennung
bis ca. 50 m mit anschließender
Extrapolation der Fahrspur geschehen. Ebenso möglich wäre eine auf den Daten des ACC-Radarsensors
basierende Fahrbahnranderkennung zur Bestimmung der Fahrspuren.
Weiterhin möglich
wäre eine
Projektion des eigenen Fahrschlauchs, die zusätzlich zu den Daten der Objektdetektoren
beispielsweise einen Drehratensensor und weitere unterstützende Sensorik
auswertet. Dieser projezierte eigene Fahrschlauch entspricht dann
in der Regel der eigenen vorausliegenden Fahrspur. Das Kraftfahrzeug 8 würde somit
keinen Einfluß auf
die Regelung des eigenen Kraftfahrzeugs 2 haben und das
Kraftfahrzeug 2 würde
seine Fahrt ungehindert fortsetzen. Bei einem System zur adaptiven
Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC) würde dies beispielsweise zur
Folge haben, daß das
eigene Kraftfahrzeug 2 auf die vom Fahrer voreingestellte
Wunschgeschwindigkeit beschleunigt wird.
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Wäre
beispielsweise nur das Kraftfahrzeug 7 als einziges Zielobjekt
vor dem eigenen Kraftfahrzeug 2 auf der Straße vorhanden,
so würde
das Objektdetektionssystem feststellen, daß sich dieses Kraftfahrzeug 7 in
der eigenen vorausliegenden Fahrspur befindet. Dies hätte bei
einem System zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC) beispielsweise
zur Folge, daß das
Kraftfahrzeug 7 als Zielobjekt für eine Regelung ausgewählt wird.
Das System zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC) würde, falls
das eigene Kraftfahrzeug 2 zu schnell beziehungsweise zu
dicht auf das Kraftfahrzeug 7 auffährt, das Kraftfahrzeug 2 automatisch
verzögern.
Es würde
die automatische Regelung des adaptiven Fahrgeschwindigkeitsreglers
(ACC) einsetzen, der das Kraftfahrzeug 2 in einem sicheren Abstand
hinter dem Kraftfahrzeug 7 hält. Für den Fall, daß sich das
Kraftfahrzeug 7 schneller vorwärts bewegt als das eigene Kraftfahrzeug 2,
würde das
eigene Kraftfahrzeug 2 automatisch auf die vom Fahrer voreingestellte
Wunschgeschwindigkeit beschleunigt werden. Dieser letzte Betriebsfall
entspricht der Tempomat-Funktion.
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Wäre
auf der vorausliegenden Straße
lediglich das Kraftfahrzeug 6 vorhanden, so würde dies von
den Detektionsbereichen 3 und 4 erfaßt werden. Würde dieses
Kraftfahrzeug 6 nun aus unerklärlichen Gründen plötzlich abbremsen, so würde von
dem in diesem Detektionsbereich verwendeten Short-Range-Radar diese
Gefahr für
das Kraftfahrzeug 2 unmittelbar erkannt. Wird von dem Short-Range-Radar festgestellt,
daß eine
Kollision mit dem Kraftfahrzeug 6 unvermeidlich erscheint,
so wird von diesem Short-Range-Radar ein entsprechendes Precrash-Signal
abgegeben. Dieses Signal kann genutzt werden um im Kraftfahrzeug 2 Maßnahmen
einzuleiten, die das Kraftfahrzeug 2 auf den bevorstehenden Crash
vorbereiten. Dies kann beispielsweise das Straffen der Sicherheitsgurte
und/oder die Vorbereitung der Airbagauslösung sein.
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Immer dann, wenn sich ein Zielobjekt
im Überschneidungsbereich
von zwei Detektionsbereichen befindet, wie es in der 2 das Kraftfahrzeug 6 zwischen
den Detektionsbereichen 3 und 4 und das Kraftfahrzeug 7 zwischen
den Detektionsbereich 4 und 5 ist, können die redundanten
Meßwerte
die aus diesem Überschneidungsbereich
geliefert werden, zu gesonderten Auswertungen genutzt werden. Hierbei
ist in erster Linie das gemeinsame Tracking also die Zielverfolgung
der detektierten Objekte im Überschneidungsbereich
zu nennen. Dieses gemeinsame Tracking bietet im Betrieb funktionelle
Vorteile, wie beispielsweise die Erhöhung der Meßgenauigkeit oder die Detektionssicherheit.
Da es bei einem Objektdetektor unter Umständen zu Meßaussetzern kommen kann, es
jedoch weniger wahrscheinlich ist, daß zwei Objektdetektoren gleichzeitig
einen Meßaussetzer
aufweisen, kann somit durch die redundanten Daten von zwei Objektdetektoren
die Detektionssicherheit erhöht
werden. Ein weiterer Vorteil des gemeinsamen Trackings ist die schnellere
und sicherere Übergabe
eines beobachteten Zielobjektes von einem Detektionsbereich in den
nächsten
Detektionsbereich bei der Auswertung der Daten der Objektdetektoren.
Weiterhin möglich
ist eine Funktionsüberwachung
der Objektdetektoren anhand dieser Meßwerte und/oder eine Plausibilisierung
der Meßdaten selbst.
Hierbei kann überprüft werden,
inwieweit die Meßdaten
der unterschiedlichen Objektdetektoren übereinstimmen und eine mögliche Dejustage und/oder
Ausfall und/oder Verschmutzung des Objektdetektionssystems bestimmt
werden. Gegebenenfalls können
die Meßdaten
zu einer Justage und/oder Kalibrierung eines Objektdetektors genutzt werden.
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Insbesondere mit Blick auf zukünftige Funktionserweiterungen
im Rahmen eines Systems zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung
wie der Stop & Go-Funktionalität kann das
erfindungsgemäße Objektdetektionssystem
bevorzugt eingesetzt werden. Hierbei muß das System in der Lage sein,
die Geschwindigkeit kontinuierlich zwischen dem Stillstand und der
Höchstgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs zu regeln. Diese um die „Stehen-und-Fahren-Funktionalität" (Stop & Go) erweiterte
adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung (Stop & Go-System) ist eine Weiterentwicklung,
die heutige Systeme in der Regel nicht bieten. Vielmehr werden heutige
Systeme beispielsweise in einem Geschwindgkeitsbereich unterhalb
von 30 Stundenkilometern automatisch deaktiviert. Die erweiterte
Stop & Go-Funktionalität erfordert
die Reaktion des Systems auf stehende Objekte, die schnelle Reaktion
auf in die eigene Fahrspur einscherende Fahrzeuge im dichten Verkehr
und die Möglichkeit
der automatischen Geschwindigkeitsreduktion bis hin zum vollständigen Stop
des eigenen Fahrzeugs. Eine weitere mögliche Funktionalität eines
Stop & Go-Systems
ist das „bedingte
Go". Hierbei erhält der Fahrer
eines sich im Stand befindlichen Fahrzeugs einen Hinweis, daß ein vor
Ihm stehendes Fahrzeug angefahren ist. Wenn der Fahrer aufgrund dieses
Hinweises eine entsprechende Bestätigung auslöst (beispielsweise mittels
eines Bedienhebels oder einer Spracheingabe wie „Go") kann das eigenen Fahrzeug automatisch
anfahren.
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3 zeigt
eine mögliche
Anordnung der einzelnen Objektdetektoren des Objektdetektionssystems.
Dargestellt ist eine Straße 9,
auf der sich ein Kraftfahrzeug 10 in Fahrtrichtung 11 bewegt.
Die in diesem Ausführungsbeispiel
verwendeten Objektdetektoren sind ein Short-Range-Radar 12,
ein LIDAR-Sensor 13, eine stereoskopische Kamera und/oder
eine CMOS-Kamera 14 und ein ACC-Radarsensor 15.
Der Short-Range-Radar 12 besteht
in diesem Ausführungsbeispiel
aus einer zweigeteilten Sensorik, um auch in geringen Entfernungen
vor dem eigenen Kraftfahrzeug 10 die volle Detektionsbreite aufzuweisen.
Wie aus der 3 ersichtlich,
kann die stereoskopische Kamera 14 beispielsweise an einer hochgelegenen
Position im Innenraum des Kraftfahrzeugs, beispielsweise hinter
dem inneren Rückspiegel,
angebracht werden.
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Unter der Voraussetzung, daß für den Detektionsbereich 16 ein
Objektdetektor zum Einsatz kommt, der auch in diesen kurzen Entfernungen
noch Meßwerte
von hinreichender Genauigkeit liefert, bietet diese gegenüber 1 vergrößerte Redundanz der Detektionsbereiche
alle im Rahmen der bisherigen Beschreibung genannten Vorteile.
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5 zeigt
ein Kraftfahrzeug 2, das mit einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems
ausgestattet ist. Hierbei bewegt sich analog zu den 1 und 4 ein
Kraftfahrzeug 2 auf einer mehrspurigen Straße 1.
Das Kraftfahrzeug 2 ist mit einem erfindungsgemäßen Objektdetektionssystem
ausgestattet. Die Detektionsbereiche 3 und 4 sind
identisch mit den in den 1 und 4 gezeigten Detektionsbereichen 3 und 4.
Im Gegensatz zu den in den 1 und 4 gezeigten Ausführungsformen
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
der Detektionsbereich 17 des Objektdetektors mit der größten Detektionsreichweite
ein anderer. Deutlich erkennbar ist, daß der Detektionsbereich 17 die
gleiche maximale Detektionsreichweite wie der Detektionsbereich 5 aus 1 und der Detektionsbereich 16 aus 4 aufweist. Der Detektionsbereich 17 beginnt
jedoch nicht in so kurzer Entfernung vor dem Kraftfahrzeug 2 wie
der Detektionsbereich 16 nach 4. Dies hat zur Folge, daß sich der
Detektionsbereich 17 mit dem Detektionsbereich 4 überschneidet und
in den Detektionsbereich 3 teilweise hineinragt.
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Im allgemeinen liegen beliebige Überschneidungsmöglichkeiten
der unterschiedlichen Detektionsbereiche im Rahmen des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems.
Es liegt weiterhin im Rahmen des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems,
daß die
Anzahl der Detektionsbereiche vermindert oder erhöht werden
kann. Diese Auswahl ist dem Fachmann entsprechend der spezifischen
Anforderungen an das jeweilige Objektdetektionssystem überlassen.
Ebenso möglich
ist eine beliebige Kombination von verschiedenen Objektdetektoren
innerhalb eines Detektionsbereiches. Auch hierbei wird die entsprechende
Auswahl dem Fachmann überlassen.
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Sowohl in dem Ausführungsbeispiel
nach 1 (Detektionsbereiche 3, 4 und 5),
in dem nach 4 (Detektionsbereiche 3, 4 und 16)
als auch in dem nach 5 (Detektionsbereiche 3, 4 und 17)
ist der gesamte Detektionsbereich des Objektdetektionssystems so
ausgelegt, daß in
jeder Entfernung vom eigenen Kraftfahrzeug die relevanten Bereiche/Teile
der an die eigene Fahrspur angrenzenden Fahrspuren beobachtet werden.
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In der gesamten vorliegenden Beschreibung ist
unter dem Detektionsbereich eines Objektdetektors der meßtechnisch
sinnvoll auswertbare Detektionsbereich des physikalischen Detektionsbereiches eines
Objektdetektors zu verstehen. Rein physikalisch sind die Grenzen
der Detektionsbereiche der beschriebenen Objektdetektoren nicht
derart scharf abgrenzbar, wie es in den Figuren gezeigt ist. Die
zur Auswertung herangezogenen meßtechnisch sinnvoll auswertbaren
Detektionsbereiche sind hingegen durch geeignete Maßnahmen
in der Hard- und/oder Software des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems
in der Weise abgrenzbar, wie es beispielhaft in den Ausführungsbeispielen
gezeigt ist.