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Die
Erfindung betrifft ein Mitführgerät, insbesondere
zum Gebrauch in einem Fahrzeug, wobei das Mitführgerät ein Beschleunigungssensorsystem, eine
Recheneinheit und eine Darstellungseinheit aufweist, wobei über das
Beschleunigungssensorsystem Werte der Beschleunigung ermittelt und
von der Recheneinheit verarbeitet und an die Darstellungseinheit übermittelt
werden.
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Das
Aufzeichnen von Fahrwerten, insbesondere von Beschleunigungswerten,
wird seit vielen Jahren von professionellen Rennställen insbesondere
in der Formel 1 durchgeführt.
Dabei sind unterschiedliche Sensoren im Rennwagen fest verbaut. Diese
Sensoren liefern während
eines Rennens Messwerte, welche abseits der Rennstrecke mittels Rechnersystemen
ausgewertet und aufgezeichnet werden.
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Ziel
dieser Auswertungen und Aufzeichnungen ist es, das Rennverhalten
des Fahrers zu verbessern. So wird beispielsweise der Fahrer nach
einem Testlauf darüber
informiert, in welchen Kurven er mit welchen Geschwindigkeiten fahren
kann.
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Eine
mögliche
Darstellung der Beschleunigungswerte kann mittels eines Kammschen
Kreises erfolgen. Ein solcher Kammscher Kreis ist eine idealisierte
Darstellung von Brems- und Seitenführungskräften am Rad eines Fahrzeugs.
Der Radius beschreibt die maximal erreichbare Gesamtkraft. Rechnet
man die Masse aus dieser Gesamtkraft ab, so beschreibt der Radius
die maximal erreichbare Beschleunigung.
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Werden über den
Radius hinaus Beschleunigungen erreicht, kann das dazu führen, dass
die Reifen die Haftung zum Boden verlieren und die Geschwindigkeit
für eine
Kurve zu hoch ist.
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Analoges
gilt beispielsweise beim Beschleunigen, bei dem eine zu große Kraft
am Reifen dazu führen
kann, dass die Reifen durchdrehen. Um dies zu verhindern, werden
in modernen Fahrzeugen beim Bremsen Anti-Blockier-Systeme und beim Beschleunigen
Anti-Schlupfregelungs-Systeme
eingesetzt. Im Rennsportbereich hingegen wird häufig auf solche Systeme verzichtet.
Das heißt
für den
Fahrer, dass er die Grenzen seines Fahrzeuges kennen muss.
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Im
Amateurbereich muss der Fahrer peu à peu seine Grenzen erfahren.
Dabei kann ein Überschreiten
der Grenzen katastrophale Folgen haben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch ein Mitführgerät, insbesondere
zum Gebrauch in einem Fahrzeug, wobei das Mitführgerät ein Beschleuni gungssensorsystem,
eine Recheneinheit und eine Darstellungseinheit aufweist, wobei über das
Beschleunigungssensorsystem Werte der Beschleunigung ermittelt und
von der Recheneinheit bearbeitet und an die Darstellungseinheit übermittelt
werden, wobei die Darstellungseinheit einen Grenzbereich und die durch
die Recheneinheit übermittelten
Werte der Beschleunigung anzeigt.
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Dadurch
kann der Fahrer vorteilhafter Weise während seiner Fahrt Informationen
bezüglich
der Beschleunigungswerte und des Grenzbereiches erhalten.
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Zudem
kann er vorteilhafter Weise schneller an die Grenzen des Kammschen
Kreises gelangen, da ihm die Reserven durch das Mitführgerät angezeigt
werden.
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Zudem
kann somit ein kompaktes Gerät
bereit gestellt werden, welches in unterschiedlichen Fahrzeugen
einsetzbar ist. Durch die Handlichkeit des Mitführgerätes kann das Mitführgerät leicht
von einem zum anderen Fahrzeug transportiert und in diesem eingerichtet
werden.
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Zunächst sei
folgendes begrifflich erläutert:
- Der Begriff „Fahrzeug” umfasst
sämtliche
Formen von Fahrzeugen zu Land, zu See und in der Luft. Dabei sind
insbesondere Automobile, Lastkraftwagen, Motorräder, Boote, Schiffe und Flugzeuge
umfasst.
- Der Begriff „Mitführgerät” umfasst
insbesondere Laptops, Minilaptops, PDA's, Mobiltelefone, Navigationsgeräte, MP3-Player
und sonstige handliche elektronische Vorrichtungen, welche leicht
durch eine Person mitgeführt
werden können.
- „Beschleunigungssensorsysteme” umfassen
sämtliche
Sensoren, mit denen Beschleunigungen ermittelt werden können. Die
Signale dieser Sensoren können insbesondere
mittels einer Signalkonditionierung aufbereitet sein. Weiterhin
können
diese Beschleunigungssensorsysteme Beschleunigungssensoren für zwei oder
drei Raumrichtungen aufweisen.
- Als „Recheneinheit” sind alle
Mittel zu verstehen, welche elektronische Eingangsdaten in Ausgangsdaten umwandeln
können.
Insbesondere sind Mikrocontroller umfasst.
- Die „Darstellungseinheit” kann sämtliche
Anzeigen und Displays umfassen, welchen der Fahrer Informationen über aktuelle
Beschleunigungswerte entnehmen kann.
- Der „Grenzbereich” legt für bestimmte
Raumrichtungen spezielle Beschleunigungswerte fest. Diese festgelegten
Beschleunigungswerte können
von außen vorgegeben
oder dem Mitführgerät übermittelt
worden sein. Sie müssen
nicht den tatsächlichen
physikalischen Grenzen entsprechen, sondern können abhängig vom Wunsch des Benutzers
darunter liegen.
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Im
Weiteren werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
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Um
für ein
Fahrzeug einen bestimmten Grenzbereich darzustellen, kann in einer
Ausführungsform
dieser Grenzbereich als Kammscher Kreis dargestellt sein.
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In
einer Ausprägungsform
der Erfindung kann das Mitführgerät einen
Lautsprecher aufweisen. Über
diesen Lautsprecher kann beim Überschreiten des
Grenzbereiches ein akustisches Signal ertönen.
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Um
eine Einschätzung
der Beschleunigungsreserven zu erhalten, kann die Darstellungseinheit
weitere in Bezug zum Kammschen Kreis innenliegende konzentrische
Kreise aufweisen. So kann ein erzielter Beschleunigungswert besser
vom Fahrer abgelesen werden.
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Um
eine schnelle Auswertung des Beschleunigungssensorsystems zu erhalten,
kann ein Mikrocontroller die Recheneinheit bilden.
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Um
die Beschleunigungssensordaten zu verarbeiten, kann das Mitführgerät einen
analog-digital-Konverter aufweisen, welcher vorteilhafter Weise sowohl
eine Signalauswertung als auch eine Signalverarbeitung umfassen
kann.
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In
einer weiteren Ausprägungsform
kann das Mitführgerät einen
USB-Anschluss aufweisen. Dadurch können vorteilhafter Weise Daten
bei dem Mitführgerät aus- oder
eingelesen werden.
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Um
dem Mikrocontroller die Daten über
den Kammschen Kreis zur Verfügung
zu stellen oder um Daten abzulegen, kann das Mitführgerät einen
flüchtigen
Speicher aufweisen.
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Um
kostengünstige
Bauteile einzusetzen, kann ein RAM-Speicher den flüchtigen
Speicher bilden.
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In
einer weiteren Ausprägungsform
der Erfindung kann das Mitführgerät einen
Festspeicher aufweisen. In einem solchen Festspeicher können vorteilhafter
Weise Software für
den Mikrocontroller oder bestimmte Daten fest abgelegt sein.
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Um
ein kostengünstiges
Bauteil als Festspeicher zu verwenden, kann ein Flash-ROM-Speicher und/oder
ein Flash-Datenspeicher den Festspeicher bilden.
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Um
die Helligkeit der Darstellungseinheit an die Umgebungslichtverhältnisse
anzupassen, kann das Mitführgerät eine Helligkeitsregelung
aufweisen.
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In
einer weiteren Ausprägungsform
der Erfindung kann das Mitführgerät Eingabemittel
aufweisen. Damit kann vorteilhafter Weise der Fahrer bestimmte Menüpunkte ansteuern
oder Aktionen am Mitführgerät initiieren.
Als Eingabemittel können
insbesondere Tochscreens eingesetzt werden.
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Um
eine einfache Realisation der Eingabemittel zu gewährleisten,
können
ein, zwei, drei, vier, fünf
oder mehr Tasten die Eingabemittel bilden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann ein Joystick das Eingabemittel bilden. Über diesen Joystick können insbesondere
alle Funktionalitäten
realisiert werden, so dass keine Tasten zu verwenden sind. Auch
kann der Joystick parallel zu den Tasten verwendet werden.
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Um
ermittelte Beschleunigungsdaten mit Streckenprofilen abzugleichen,
kann das Mitführgerät Positionierungsmittel
aufweisen, welche insbesondere ein GPS- oder anderes Satelliten-
Ortungs- und/oder Navigationssystem umfassen.
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In
einer weiteren Ausprägung
der Erfindung kann das Mitführgerät so eingerichtet
sein, dass die Darstellungseinheit entfällt. Dadurch kann das Mitführgerät insbesondere
in Transportbehältnissen oder
in zu transportierenden Gütern
untergebracht werden, um während
des Transports die auf das Transportgut wirkenden Beschleunigungen
aufzuzeichnen. Insbesondere kann dadurch eine sehr kostengünstige Variante
des Mitführgerätes hergestellt werden.
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Weiterhin
wird die Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zum Messen und Anzeigen der Beschleunigung eines
Fahrzeuges, wobei im Fahrzeug ein Mitführgerät – wie es zuvor beschrieben
wurde – verortet
ist.
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Dadurch
kann vorteilhafter Weise ein Fahrzeugtuner das Ergebnis seiner Arbeit
bestimmen oder ein Rennfahrer Informationen über die Motorleistung erhalten.
Weiterhin können
diese Werte auch gespeichert werden, um beispielsweise als Protokoll
dem Fahrzeug beigelegt zu werden. Auch ein Internetvergleich von
Fahrzeugen und Fahrwerten ist damit möglich.
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In
einem weiteren Aspekt des Verfahrens kann die Beschleunigung über den
Weg, über
die Zeit und/oder über
die Geschwindigkeit mittels der Darstellungseinheit angezeigt werden.
Somit kann der Fahrer vorteilhafter Weise die Darstellung der Beschleunigungswerte
nach seinem Bedürfnis
anpassen.
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Auch
eine mathematische Integration ist möglich, so dass anhand der Beschleunigungswerte und
der Zeit auf die Geschwindigkeit oder durch weitere Integration
auf die zurückgelegte
Strecke geschlossen werden kann. Dies kann insbesondere bei Rennen
aus dem Stillstand erfolgen, da die Anfangsstrecke s0 =
0 und die Anfangsgeschwindigkeit v0 = 0 bekannt
ist. Ein Beispiel für
ein Rennen aus dem Stillstand ist das Quartermile Rennen im Dragster
Bereich.
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Weiterhin
wird die Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zum Erkennen eines Kippens eines Fahrzeuges,
wobei im Fahrzeug ein wie zuvor beschriebenes Mitführgerät verortet
ist, wobei einem Fahrer des Fahrzeuges mittels des Mitführgeräts ein Signal beim Überschreiten
des Grenzbereiches übermittelt wird.
Hier kann als Grenzbereich ein bestimmter Kipp winkel zur Ruhelage
vorgegeben werden. Dadurch kann vorteilhafter Weise ein Ausbrechen
des Fahrzeuges verhindert werden.
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Das
Signal beim Überschreiten
des Grenzbereichs kann sowohl akustisch mittels des Lautsprechers
als auch visuell mittels der Darstellungseinheit an den Fahrer übermittelt
werden.
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Weiterhin
kann die Aufgabe gelöst
werden durch ein Verfahren zum Ermitteln der Fahrzeugbelastung eines
Fahrzeuges, wobei in dem Fahrzeug ein wie zuvor beschriebenes Mitführgerät verortet
ist, wobei eine Langzeitmessung der Beschleunigungswerte mit anschließender Auswertung
erfolgt.
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Dadurch
kann vorteilhafter Weise die Belastung des Fahrzeuges über einen
großen
Zeitraum ermittelt werden. Zudem kann beispielsweise ein Fuhrunternehmer
die Fahrstile seiner Fahrer überwachen und
gegebenenfalls eine andere Fahrweise verordnen. Auch können diese
Informationen dazu genutzt werden, den Zeitpunkt der nächsten Wartung
des Fahrzeuges festzulegen.
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Langzeitmessung
der hier genannten Art können
Distanzen von 100 km bis zu einigen 10.000 Kilometern umfassen.
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Weiterhin
kann die Aufgabe gelöst
werden durch ein Transportgut, welches ein wie zuvor beschriebenes
Mitführgerät aufweist.
Dadurch können die
Beschleunigungen ermittelt werden, die auf das Transportgut während des
Transportes gewirkt haben. Dies kann als ein Indikator für die Behandlung des
Transportgutes dienen. So kann beispielsweise ein Werfen oder Fallenlassen
des Transportgutes zu charakteristischen Beschleunigungen führen, welche mit
dem Mitführgerät aufgezeichnet
werden können. Insbesondere
sind alle Rucke und Stöße erkennbar.
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Im
Weiteren werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung und der umfassten Verfahren beschrieben.
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Dabei
zeigen
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1 den
schematischen Aufbau des Mitführgerätes,
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2 eine
Anzeige auf dem Display des Mitführgerätes und
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3 eine
Ablichtung des Mitführgerätes.
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Die
Ablichtung in 3 zeigt das Mitführgerät 101.
Dabei beträgt
die Breite 8,5 cm, die Länge 15,5
cm und die Tiefe 4 cm. Über
den Joystick 301 erfolgt eine Eingabe durch den Benutzer.
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Das
Mitführgerät 101 weist
Sensoren 103 auf. Die Sensoren 103 umfassen ein
Beschleunigungssensorsystem und einen Helligkeitssensor. Das Beschleunigungssensorsystem
weist einen G-Sensor der Firma Freescale vom Typ MMA7260QT auf.
Die von den Sensoren 103 gemessenen Daten werden von dem
Mikrocontroller 105 ausgelesen. Das Auslesen erfolgt mittels
eines analog-digital Konverters 105, welcher die Signale
für den
Mikrocontroller 105 aufbereitet.
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Die
Daten der Sensoren 103 werden von dem Mikrocontroller 105 verarbeitet
und an das Display 107 übermittelt.
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Es
werden die Beschleunigungsdaten in einem Kammschen Kreis 209 auf
dem Display 107 dargestellt. Sollte der Helligkeitssensor
Tageslicht detektieren, wird die Hintergrundbeleuchtung des Displays intensiviert.
Bei Dunkelheit wird die Beleuchtung reduziert. Die Anzeige des Displays
ist in 2 dargestellt.
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Der
Kammsche Kreis 209 gibt den Grenzbereich wieder. Zusätzlich sind
konzentrische Kreise 211 dargestellt. Die Beschleunigung
einer reinen Verzögerung
wird vertikal nach unten 209 dargestellt. Eine reine Beschleunigung
wird vertikal nach oben 203 dargestellt. Querbeschleunigungen
einer reinen Linkskurve werden horizontal links 207 und
reiner Rechtskurven horizontal nach rechts 205 dargestellt.
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Zusätzlich weist
das Mitführgerät einen Flash-ROM-Speicher 113 auf.
In diesem Speicher 113 sind die Betriebssystemsoftware
für den
Mikrocontroller 105 und die Auswertealgorithmen für die Sensoren 103 hinterlegt.
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Über die
Eingabemittel 117 erfolgt eine Menüeingabe durch den Benutzer
des Mitführgerätes 101.
Die Stromversorgung 109 des Mitführgeräts 101 erfolgt sowohl über einen
Akku als auch über
ein USB-Ladekabel.
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Um
die gefahrenen Beschleunigungswerte zu speichern und später über den
USB-Anschluss des Mikrocontrollers 105 auszulesen, verfügt das Mitführgerät 101 über einen
RAM-Speicher, in welchem diese Daten abgelegt werden.
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Mit
dem Mitführgerät 101 werden
Beschleunigungen innerhalb eines Kraftfahrzeuges gemessen. Diese
Beschleunigungskräfte
werden optisch für jeden
Winkel dargestellt. Werden gewisse Grenzen überschritten, wird dies optisch
und akustisch dem Fahrzeugführer
mitgeteilt.
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Zu
Renn- oder Informationszwecken wird mit dem Mitführgerät 101 die Beschleunigung
von 0 auf 30 km/h, von 0 auf 50 km/h, von 0 auf 100 km/h, von 0
auf 200 km/h, von 0 auf 100 mph, von 0 auf eine Meile oder ein sonstiger
beliebiger Wert gemessen.
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Weiterhin
verfügt
das Mitführgerät 101 über eine
Autokalibrierung. Dabei gleicht das Mitführgerät 101 die Werte der
Beschleunigungssensoren mit der Ruhelage des Gerätes 101 ab.
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Mit
dem Gerät
können
diverse Messvorgänge
durchgeführt
werden. Zu diesen Messvorgängen zählen:
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– Selbstständig erkannte
Bremsung:
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Dabei
werden Parameter wie Maximalwert, Mittelwert und Dauer der härtesten
Bremsung dauerhaft angezeigt. Diese Werte können gespeichert oder gelöscht werden.
Zudem können
diese Werte über eine
Websei te anderen Teilnehmern zur Verfügung gestellt werden. Über diese
Parameter wird die Qualität
des Bremssystems bestimmt. So erkennt man mit diesem System schlechte
Reifen, schlechte Dämpfer
oder die Beschaffenheit des Untergrundes. Zudem kann dies als Hilfsmittel
für Fahrzeugtuner eingesetzt
werden.
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– Selbstständig erkannte
Beschleunigung:
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Dabei
werden die Parameter der stärksten Beschleunigung
dauerhaft angezeigt. Auch hier können
die Werte gespeichert oder gelöscht
oder an die Webseite übertragen
werden. Eine Diagnose des Antriebssystems kann erfolgen. Dabei können schlechte
Reifen und Motorprobleme erkannt werden. Auch dies kann als Hilfsmittel
für Tuner
eingesetzt werden.
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Weiterhin
stellt das Gerät
den Kammschen Kreis für
die Beschleunigungskräfte
des Fahrzeuges für
jeden einzelnen Winkel dar. Dies erfolgt anhand einer vektoriellen
Addition der Beschleunigungen. Dies ist sinnvoll, da die Reifen
eines Kraftfahrzeuges eine bestimmte Kraft zwischen Straße und Boden übertragen
können.
Beschleunigungen sind in erster Näherung für alle Winkel gleich. Bei guten
Bedienungen kann man davon ausgehen, dass eine Beschleunigung von
ca. 10 m/sec2 (1 g) in alle Richtungen übertragen
werden kann. Sollten die Reifen stärker belastet werden, können die
Reifen den Kontakt mit dem Untergrund verlieren. Der Bereich, in
dem die Reifen gerade noch Haftung haben, wird Grenzbereich genannt.
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Die
ermittelten Beschleunigungswerte, welche aus den in Kurven entstehenden
Querbeschleunigungen entstehen, werden vektoriell zum Brems- und/oder
Beschleunigungsvektor addiert und ergeben so den resultierenden
Gesamtbeschleunigungsvektor. Sollte der Grenzbereich überschritten
sein, kann folgendes passieren:
- Anfahren: Die Räder drehen
durch, und die Beschleunigung ist deutlich kleiner als ein 1 g.
- Bremsung: Räder
ohne ABS blockieren, und das Kraftfahrzeug rutscht. Die Bremsbeschleunigung
ist kleiner als 1 g, das heißt,
dass die Haftreibung größer ist
als die Gleitreibung.
- Kurve: Das Kraftfahrzeug kann den Kurvenradius nicht fahren,
und der Kurvenradius vergrößert sich. Das
bedeutet, dass das Fahrzeug aus der Kurve getragen wird.
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Für schlechte
Straßenbedingungen
oder schlechte Witterungsbedingungen wird der Kammsche Kreis durch
den Benutzer angepasst. Dabei warnt das Gerät beim Überschreiten der Grenzen den
Fahrer. Dabei ist der Grenzbereich durch den Fahrer vorgegeben oder
durch den Kammschen Kreis festgelegt. So kann der Fahrer beispielsweise beim
Fahren auf Eis oder Schnee oder beim Fahren mit Sommerreifen bei
kalten Temperaturen den Grenzbereich herabsetzen.
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Das
Gerät kann
mit Sensoren für
die Temperatur, für
mögliche
Eisbildung, für
Feuchtigkeit und/oder für
den Reifentyp ausgestattet sein, um Anpassungen selbsttätig vorzunehmen.
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Die
Daten der Beschleunigungssensoren werden alle 20 oder 50 Millisekunden
abgefragt und digital gefiltert. Dies gewährleistet eine Echtzeitdarstellung
für den
Fahrer.
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Die
im RAM-Speicher 111 abgelegten Daten des Mitführgeräts 101 können auf
einen Computer eingespielt werden.
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Um
seine Fahrwerte mit anderen zu vergleichen, können diese Werte auf einem
Internetportal hinterlegt werden.
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Das
Mitführgerät kann auch
wasserdicht ausgestaltet sein, so dass auch Motorradfahrten oder Fahrten
im Gelände
aufgezeichnet oder dargestellt werden können.
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Für die Überwachung
eines Transportgutes verzichtet das Mitführgerät 101 optional auf
die Darstellungseinheit 107. Dieses Mitführgerät wird dem zu
versendenden Produkt oder der Umverpackung beigefügt. Bei
der Ankunft am Zielort wird der Speicher ausgelesen, und es wird überprüft, ob ein
bestimmter Grenzbereich überschritten
wurde.
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Das
Gerät kann
in die Packung integriert sein.
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In
einer nicht dargestellten Form des Mitführgeräts 101 weist das Mitführgerät 101 einen GPS-Empfänger auf.
Die Positionsdaten und die Beschleunigungsdaten werden in dem RAM-Speicher abgelegt.
Anschließend
werden diese Daten auf einem Computer eingespielt. Diese Daten können wiederum
an ein Internetportal übertragen
werden, damit sich Fahrer vergleichen können. Zudem können diese
Daten mit Bildinformationen wie beispielsweise Google Maps verknüpft werden.