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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Überwachung
der Pumpe in einer hydraulischen Bremsanlage in einem Fahrzeug gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen Ansprüche.
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Durch
die Beanspruchung der Bremsanlage eines Fahrzeugs kann es aufgrund
von mechanischen, elektrochemischen und/oder elektrischen Vorgängen zu
einem Verschleiß einzelner
Komponenten kommen. Als Beispiel für derartige, dem Verschleiß unterworfener
Komponenten seien Motoren, insbesondere Pumpenmotoren, mechanische
Balge zum Speichern der Hydraulikflüssigkeit und Bremsbeläge genannt.
Der bei der Nutzung der Bremsanlage auftretende Verschleiß kann dabei
zu einer Beeinträchtigung
des Bremsverhaltens und im Extremfall sogar zu einem Ausfall des
Systems führen.
Es ist daher wünschenswert,
den Verschleiß bzw.
einen Fehler der Komponenten rechtzeitig zu erkennen, um einen frühzeitigen
Austausch zu ermöglichen.
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Aus
der
DE 10 2005
060324 A1 ist dazu eine Vorrichtung zur Erfassung des Verschleißes der
Kohlenbürstenansteuerung
eines elektrisch kommutierten Gleichstrommotors bekannt, wie er
beispielsweise in Form eines Pumpenmotors in einem Kraftfahrzeug
verwendet wird. Dabei kann aus dem zeitlichen Verhalten der generatorischen
Motorspannung auf den Verschleiß der
Kohlebürsten
geschlossen werden. Eine weitere Möglichkeit, den Abrieb der Kohlebürsten eines
Elektromotors zu erfassen, wird in der
DE 10 2004 035318 A1 beschrieben.
Dabei wird der Verschleiß in
Abhängigkeit
von der die Drehzahl des Elektromotors bestimmt.
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Aus
der
DE 198 07 368
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Bremsanlage bekannt, bei der der Radbremswunsch auf elektrischem
Wege an den Radbremsen eingestellt wird. Die zum Druckaufbau vorhandene
Hochdruckversorgung, die über
wenigstens eine Pumpe und einen Speicher verfügt, wird überprüft, indem die Speicherdruckänderung
mit wenigstens einem zulässigen Grenzwert
verglichen wird. Im Fehlerfall der Druckversorgung wird ein hydraulischer
Durchgriff des Fahrers auf die Radbremsen freigeschalten.
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Vorteile
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Überwachung
einer hydraulischen Bremsanlage und zur frühzeitigen Erkennung eines Fehlers
einer Pumpe in der Bremsanlage. Die Pumpe dient zur Befüllung eines
hydraulischen Speichers, wobei der Speicherdruck des Speichers mittels
eines Drucksensors oder einer Abschätzung erfasst wird. In Abhängigkeit
vom zeitlichen Verlauf des Speicherdrucks kann dabei eine Störung der
Pumpe erkannt werden. Erfindungsgemäß wird jedoch ein Fehler der
Pumpe erst erkannt, wenn nach einer vorgegebenen Zeit mehrere Störungen erkannt
werden.
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Bisherige
Pumpenüberwachungen
erkennen Fehler der hydraulischen Druckversorgung erst, wenn diese
einen endgültigen
Ausprägungsgrad
aufweisen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Fehlererkennung der Pumpe
liegt darin, dass einzelne Störungen
durchaus auf temporäre
Ereignisse zurückzuführen sind
und somit nicht zwangsläufig
einen Fehler der Pumpe anzeigen. Erst durch mehrmalig auftretende
temporäre
Störungen,
die sich zu einer permanenten Störung
entwickeln können,
wird deshalb ein Fehler erkannt.
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Die
Fellererkennung erfolgt bevorzugt während des Ladens des Speichers
durch die Pumpe. Dabei wird eine Speicherdruckgröße ermittelt, die mittels eines
geeigneten Drucksensors direkt erfasst oder mittels eines entsprechenden
Algorithmus mathematisch abgeleitet werden kann. Aus der im Zeitverlauf
ermittelten Speicherdruckgröße wird
im folgenden der Speicherdruckladegradient abgeleitet. Bleibt der
Speicherdruckladegradient während
eines vorgegebenen Zeitraums unterhalb eines ersten Schwellenwerts,
so wird eine Störung
im beim Betrieb der Pumpe erkannt.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der
zeitliche Verlauf des Speicherdrucks oder der Speicherladegradient
lediglich während
der Ansteuerung der Pumpe erfasst wird. Dabei kann alternativ auch
vorgesehen sein, dass die Überwachung
nur dann statt findet, wenn gleichzeitig zur Ansteuerung der Pumpe
festgestellt wird, dass aus dem Speicher kein Volumen entnommen
wird.
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Zur
Erkennung eines Fehlers der Pumpe werden die Störungen gezählt. Dazu wird die Anzahl der
Störungen,
ggf. unter Zuhilfenahme einer zeitlichen Gewichtung, mit einem zweiten
Schwellenwert verglichen. Überschreitet
die Summer der (gewichteten) Störungen
innerhalb einer vorgebbaren Zeit den zweiten Schwellenwert, so wird
ein Fehler der Pumpe erkannt. Optional kann auch vorgesehen sein,
dass die Anzahl der Störungen
vermindert wird, wenn eine Ansteuerung der Pumpe ohne Störung durchgeführt wird.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines Teils einer Bremsanlage. In 2 ist
anhand eines Blockschaltbilds die Erkennung eines Fehlers beim Betrieb
der Pumpe dargestellt. Die Flussschaltbilder der 3 bis 5 stellen
ein Verfahren zur Erkennung des Fehlers dar.
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Ausführungsbeispiel
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Die 1 zeigt
schematisch eine hydraulische Fahrzeugsbremsanlage 10,
wie sie beispielsweise auch in einem elektrohydraulischen Bremssystem
eingesetzt werden kann, mit einem Zweikreis-Hauptbremszylinder 12,
an den zwei voneinander unabhängige
Bremskreise I und II angeschlossen sind. Zur Vereinfachung ist in
der Zeichnung 1 jedoch nur der Bremskreis I dargestellt, wobei der
andere Bremskreis II entsprechend realisiert wird. Es sei jedoch
ausdrücklich
erwähnt,
dass ebenfalls entsprechend ausgestattete pneumatische Fahrzeugbremsanlagen
oder einkreisige Bremsanlagen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
betrieben werden können.
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Eine
sich verzweigende Hauptbremsleitung 14 führt vom
Hauptbremszylinder 12 zu zwei an den Bremskreis I angeschlossenen
Radbremsen 15 und 16. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die beiden Radbremsen 15 und 16 einem Vorderrad
und einem diagonal gegenüberliegenden
Hinterrad des dazu gehörigen
Fahrzeugs zugeordnet, wobei der Bremskreis II den beiden anderen
Rädern
zugeordnet sind. Neben dieser sog. X-Bremskreisaufteilung ist jedoch auch
jede andere Aufteilung der Bremskreise denkbar.
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In
einem gemeinsamen Teil der Hauptbremsleitung 14 ist zwischen
dem Hauptbremszylinder 12 und der Pumpe 26 ein
Umschaltventil 18 angeordnet. Des weiteren sind in den
verzweigten Teilen der Hauptbremsleitung 14 zwei in ihrer
Grundstellung offene Einlassventile 20 und 21 angeordnet,
die je einer der Radbremsen 15 und 16 vorgeschaltet
sind. Von den Radbremsen 15 und 16 führt eine
sich vereinigende Rückleitung 22,
in der für
jede der beiden Radbremsen 15 und 16 ein in seiner
Grundstellung geschlossenes Auslassventil 24 bzw. 25 vorgesehen ist,
zur Saugseite einer Hydropumpe 26, die auch als Rückförderpumpe
bezeichnet werden kann. Zusätzlich
ist an der Rückleitung 22 ein
Hydrospeicher 28 angeschlossen sein, der bei ausgeschalteter
Pumpe 26 und offenen Auslassventilen 24 bzw. 25 Bremsflüssigkeit
aus den Radbremsen 15 bzw. 16 aufnehmen kann.
Der Hydrospeicher kann somit dazu genutzt werden, ohne hydraulischen
Durchgriff vom Hauptbremszyliner 12 in den Radbremsen einen Bremsdruck
aufzubauen. Weiterhin kann der Hydrospeicher 26 dazu verwendet
werden, Bremsflüssigkeit
aus den Radbremsen aufzunehmen, wenn in diesen der Bremsdruck abgebaut
werden soll. Der Druck im Hydrospeicher 28 kann dabei abgeschätzt oder
mittels eines entsprechenden Drucksensors 50 erfasst werden.
Optional ist eine Druckseite der Hydropumpe 26 über eine
Dämpferkammer 30 und
eine Drossel 32 zwischen dem Umschaltventil 18 und
den Einlassventilen 20 und 21 an die Hauptbremsleitung 14 angeschlossen. Über eine
Ansaugleitung 34, in der ein in seiner Grundstellung geschlossenes
Ansaugventil 36 angeordnet ist, ist die Saugseite der Hydropumpe 26 an
einen Hauptbremszylinder 12 angeschlossen. Mit Hilfe eines
entsprechenden Sensors 49 kann der Druck im Hauptbremszylinder 12 erfasst
werden, der durch die Betätigung
des Bremspedals dem Bremswunsch des Fahrer entspricht.
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Die
Hydropumpen 26 des dargestellten und des nicht dargestellten
Bremskreises I bzw. II, beispielsweise 6-Kolbenpumpen, sind mittels
getrennter Pumpenmotoren antreibbar. Darüber hinaus ist jedoch in einem
weiteren Ausführungsbeispiel
auch möglich,
die Pumpen mit einem gemeinsamen, elektrischen Pumpenmotor 38 anzutreiben.
Das Umschaltventil 18, die Einlassventile 20 und 21,
die Auslassventile 24 und 25 sowie das Hochdruckschaltventil 36 sind
im vorliegenden Ausführungsbeispiel als
Magnetventile vorgesehen, die u.a. zur Blockierschutz- und zur Antriebschlupfregelung
mit einem elektronischen Steuergerät 40 steuerbar sind.
Dieses Steuergerät 40 kann
darüber
hinaus auch die Steuerung des Pumpenmotors 38 übernehmen
und erhält Signale
von Raddrehsensoren 42 und gegebenenfalls wenigstens einem
Raddrucksensor 48, wobei die Sensoren zum Feststellen einer
Blockierneigung eines Fahrzeugrades beim Bremsen oder von Schlupf
beim Anfahren ausgewertet werden können. Optional kann auch vorgesehen
sein, dass jede Radbremse 15 bzw. 16 jeweils einen
Raddrucksensor 47 bzw. 48 aufweist. Darüber hinaus
erhält
das Steuergerät 40 ein
Signal eines Bremspedalsensors 44 oder eines Bremslichtschalters,
mit dem eine Betätigung
des Hauptbremszylinders 12 feststellbar ist. Im Falle einer
elektro-hydraulischen Bremsanlage kann sogar vorgesehen sein, die
Ansteuerung der Pumpe 26 und der Ventile 20, 21, 24 und 25 zur
Drucksteuerung in den Radbremsen gänzlich vom Signal des Bremspedalsensors 44 abhängig zu
machen und den hydraulischen Durchgriff nur für den Rückfall in einen Notbetrieb
vorzusehen.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Pumpe 26 einen Hochdruckspeicher 60 befüllt, dessen Druck
alternativ mittels eines Speicherdrucksensors 65 erfasst
oder mittels eines Schätzverfahren
berechnet werden kann. Der erfasste Druck des Speichers wird u.a.
dazu verwendet, um den Druckanstieg im Speicher zu kontrollieren.
Wird während
des Ladevorgangs kein Volumen durch die Druckregelkreise aus dem
Speicher entnommen, so muss der Druck permanent ansteigen. Ausgehend
vom Druckgradienten kann so eine Störung in der Druckversorgung
erkannt werden, wenn dieser über
einen längeren
Zeitraum unterhalb einer geforderten Minimalschwelle liegt.
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Eine
Störung
der Druckversorgung kann je nach Ursache permanent oder temporär sein und sehr
viele unterschiedliche Gründe
haben. Die Bremsflüssigkeit
kann Luft abscheiden, die sich in der Saugleitung als kleine Bläschen ansammeln
können.
Wird Luft durch das Pumpenelement angezogen kann ein Förderstopp
eintreten. In Abhängigkeit von
der Temperatur, des aktuellen Speicherdruck und der Luftmenge unterschreitet
der Ladegradient temporär,
mit unterschiedlichen Zeiten, oder permanent die geforderte Minimalschwelle.
Ein weiterer Grund ist der Verschleiß von Motor (z.B. Bürsten) oder
Pumpenelement (z.B. Dichtungen, Pumpenkolben). Nimmt dieser zu,
dann kann der Gradient auch die Schwelle für längere Zeiten unterschreiten.
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Ziel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es deshalb, wiederkehrende, temporäre Störungen zu erkennen und zu bewerten.
Ist der Abstand der Intervalle sehr kurz, dann ist die Wahrscheinlichkeit hoch,
dass eine temporäre
Störung,
vor allem bei progressivem Verschleiß der Hochdruckkomponenten,
sich zu einer permanenten Störung
entwickelt. Diese führt
zwangsläufig
in das hydraulische Backup. Das Verfahren soll frühzeitig
eine Fahrerwarnung generieren, mit der Aufforderung, eine Werkstatt
aufzusuchen. Der Fahrer hat damit die Möglichkeit den Weg in die Werkstatt
möglichst
mit hydraulischer Vollfunktion (voller Bremskraft) anzutreten.
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Zur Überwachung
der Pumpe ist eine Einheit 100 gemäß 2 vorgesehen,
die beispielsweise im Steuergerät 40 realisiert
werden kann. Daneben ist jedoch auch denkbar, eine separate Einheit 100 vorzusehen,
die unabhängig
vom Steuergerät 40 arbeitet.
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In
dieser Einheit 100 ist eine Verarbeitungseinheit 110 vorgesehen,
die beispielsweise mittels eines Mikroprozessors realisiert werden
kann. In der Verarbeitungseinheit 110 werden Drucksignale
eines Speichers 60 eingelesen, die mittel eines Drucksensors 130 (bzw. 65)
erfasst werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass über ein
(mathematisches) Schätzverfahren
der Druck im Druckspeicher 60 berechnet wird. Um die Überwachung
nur während
der Ansteuerung der Pumpe durchzuführen, werden Informationen über den
Betrieb der Pumpe beispielsweise direkt aus dem Steuergerät der Pumpe 140 oder
aus einem Mittel zur Erfassung der Nachlaufspannung eingelesen.
Zusätzlich
wird die Volumenentnahme des Speichers 60 berücksichtigt, beispielsweise
indem in Abhängigkeit
der Öffnungs- und
Schließzeiten
der Ventile in Verbindung mit dem Druck im System auf den Volumenfluss
geschlossen wird. Eine entsprechende Berechnung des Volumenfluss
kann dabei durch ein Mittel erfolgen, welches als Block 150 dargestellt
ist.
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Wird
in der Verarbeitungseinheit 110 in Abhängigkeit von den eingelesen
Daten ein Fehler der Pumpe 26 erkannt, kann der Fahrer über das
Fehlverhalten mittels einer akustischen und/oder optischen Einrichtung 160 informiert
werden. Darüber
hinaus ist auch denkbar, dass ein entsprechender (Fehler-)Eintrag
in einem elektronischen Speicher 120 vorgenommen wird,
der beispielsweise während eines
Service-Aufenthalts in einer Werkstatt durch eine externe Schnittstelle 170 abgerufen
werden kann. Durch ein derartiges Abrufen dieser Information kann
ein frühzeitiger
Austausch der fehlerhaften Pumpe ermöglicht werden, ohne dass es
zu einem Ausfall des Bremssystems oder zu einem Rückfall in ein
Backup kommt. Darüber
hinaus ist auch denkbar, dass durch die externe Schnittstelle 170 die
Schwellenwerte zur Erkennung einer Störung oder eines Fehlers modifiziert
werden können,
beispielsweise im Rahmen des Austausches von Komponenten der Bremsanlage.
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In
den Flussdiagrammen der 3 bis 5 werden
schematisch Algorithmen gezeigt, die zur Überwachung der Pumpe und zur
Erkennung einer Störung
bzw. eines Fehlers dienen. Vorgesehen ist, dass diese Algorithmen
in der Verarbeitungseinheit 110 im Rahmen von Programmen
ablaufen, wobei auch vorgesehen sein kann, dass einzelne Algorithmen
außerhalb
der Verarbeitungseinheit durchgeführt werden können. So
ist beispielsweise denkbar, den Algorithmus in 3 zur
Bildung der Speicherdruckladegradienten direkt in einem Mittel durchzuführen, der
dem Drucksensor 65 zugeordnet ist. In diesem Fall würde die
Verarbeitungseinheit 110 nicht das Drucksignal sondern
direkt den Speicherdruckladegradienten zur Überwachung einlesen.
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Wie
bereits geschildert, wird in 3 ein Algorithmus
beschrieben, mit dem in Abhängigkeit
von der erfassten Druckgröße des Speichers
ein Speicherdruckladegradient gebildet wird. Nach dem Start eines
entsprechenden Programms wird in Schritt 300 zunächst die
Druckgröße p eingelesen,
die mittels eines Drucksensors 65 oder eines Schätzverfahrens ermittelt
wird. Im nächsten
Schritt 310 wird die Druckgröße mittels eines Tiefpasses
gefiltert, um eine rauschfreie Signalqualität zu erreichen. Anschließend wird
im Schritt 320 der Speicherladedruckgradient dp/dt gebildet
und gegebenenfalls im Speicher 120 abgespeichert.
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Mit
dem Algorithmus nach 4 wird die Erfassung einer Störung und
deren Weiterverarbeitung beschrieben. Dazu wird nach dem Start des
Programms im ersten Schritt 400 gemäß
dp/dt < SWG
der
Speicherladedruckgradient dp/dt mit einem Schwellenwert SWG verglichen. Bleibt der Speicherladedruckgradient
dabei unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwerts, wird der nächste Schritt 410 des Programms
abgearbeitet. Optional kann im Schritt 400 auch überprüft werden,
ob die Pumpe zur Speicherbefüllung
angesteuert wird und ob eine Volumenentnahme aus dem Speicher vorliegt.
Erreicht der Speicherladedruckgradient jedoch den Schwellenwert
oder übersteigt
diesen bzw. ist eine andere Vorraussetzung zur Überwachung nicht gegeben, wird
das Programm beendet. Im nachfolgenden Schritt 410 wird
eine Zeitmessung gestartet, mit der die Dauer der Unterschreitung
des Schwellenwerts SWG erfasst werden soll.
Der Schritt 420 wird so lange durchgeführt, bis der Speicherladedruckgradient dp/dt
den Schwellenwert SWG erreicht oder übersteigt,
die Pumpenansteuerung beendet wird oder eine Volumenentnahme aus
dem Speicher 65 vorgenommen wird. Anschließend wird
in Schritt 430 gemäß
t > SWt
überprüft, ob die
Zeitdauer t, während
der der Speicherladedruckgradient dp/dt unter den genannten Bedingungen
unterhalb des Schwellenwertes SWG lag, länger als
eine Zeitdauer SWt andauerte. Ist dass der
Fall, so wird auf eine Störung
S+ erkannt und im Schritt 440 ein
entsprechender Eintrag im Speicher 120 vorgenommen.
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Optional
kann auch vorgesehen sein, dass bei einer zu geringen Zeitdauer
t im Schritt 450 ein entsprechender Eintrag über das
Vorliegen einer störungsfreien
Ansteuerung S- in dem Speicher 120 vorgenommen
wird.
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Alternativ
kann auch ein Zähler
Z vorgesehen sein, der bei einer Ansteuerung der Pumpe mit einer
Störung
um einen Betrag erhöht
und bei einer störungsfreien
Ansteuerung um einen Betrag erniedrigt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
auch vorgesehen sein, dass die aufgetretenen Störungen bzw. störungsfreien
Ansteuerungen zeitlich gewichtet in die Bildung des Zählers Z
einfließen. So
ist denkbar, dass weiter zurück
liegende Ereignisse einen geringeren Beitrag zur Höhe des Zählers Z liefern.
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Im
Algorithmus der 5 wird die Auswertung der erfassten
Störungen
beschrieben. Nach dem Start werden im Schritt 500 die Daten über die zurückliegenden
Störungen
S+ und gegebenenfalls die störungsfreien
Ansteuerungen S- eingelesen. Werden diese
Daten mit einer Zeitinformation abgespeichert, an denen sie aufgetreten
sind, kann eine zeitliche Gewichtung zur Bildung eines Zählers Z
vorgenommen werden. Alternativ ist jedoch auch die Erfassung eines
bereits bei der Abspeicherung der Daten erzeugten Zählers Z
möglich,
der die gewichtete Summe der zurückliegenden
Störungen
erhält.
Wird im nachfolgenden Schritt 510 festgestellt, dass der Zähler Z einen
weiteren vorgegebenen Schwellenwert SWZ gemäß
Z > SWZ
überschreitet,
so kann daraus geschlossen werden, dass im zurückliegenden Zeitraum zu viele
Störungen
erfasst worden sind, um einen einwandfreien Pumpenbetrieb zu rechtfertigen.
Daher wird alternativ im Schritt 520 eine akustische und/oder
optische Mitteilung an den Fahrer und/oder im Schritt 530 ein entsprechender
Eintrag im Speicher 120 vorgenommen, mittels dem ein Techniker
bei einem Werkstattaufenthalt die Beschädigung der Pumpe registrieren kann.
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Um
eine beständige
Bildung des Speicherladedruckgradienten zu ermöglichen, ist vorgesehen, die
Algorithmen in den 3 bis 5 in regelmäßigen Intervallen
neu zu starten. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Algorithmen
nur zu starten, wenn eine Ansteuerung der Pumpe erfolgt und keine Volumenentnahme
aus dem Speicher vorliegt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
können
im Schritt 430 unterschiedliche Schwellenwerte zur Erkennung
einer Störung
S+ und einer störungsfreien Ansteuerung S- der Pumpe vorgesehen sein.