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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Störungen in einem elektrischen Lenksystem insbesondere eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 11.
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Es ist bekannt, die von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs durchzuführende Lenkung desselben mit Hilfe einer elektrischen Servolenkung (EPS = electric power steering) zu unterstützen.
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Weiterhin ist bekannt, dass in einem derartigen Lenksystem Störungen auftreten können. Derartige Störungen können zu periodischen Störungen bzw. Fehlanregungen führen, beispielsweise zu Lenkraddrehschwingungen, die durch eine Unwucht eines Rades und/oder durch Dickenschwankungen einer Bremsscheibe des Kraftfahrzeugs entstehen können.
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Es sind Lenksysteme bekannt, bei denen Lenkradschwingungen bzw. ganz allgemein Störungen erkannt werden können. Hierzu ist beispielsweise dem Lenkrad bzw. dem zugehörigen Drehstab ein Sensor zugeordnet, mit dem derartige Schwingungen gemessen werden können. Übersteigen die Schwingungen einen vorgegebenen Schwellwert, so wird beispielsweise ein Fehlerbit in einem Fehlerspeicher abgelegt oder es wird der Fahrer des Kraftfahrzeugs unmittelbar über die Störung informiert. Bei dem nächsten Werkstattaufenthalt des Kraftfahrzeugs kann dann der Grund für die Störung gesucht und beseitigt werden, so dass die Lenkradschwingungen nicht mehr vorhanden sind.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2012 104 253 A1 ist zudem ein Lenksystem bekannt, mit dem Störungen kompensiert werden können. Hierzu ist ein Momentensteller vorhanden, der zur Unterstützung der Lenkung mit einem Stellmoment auf einen dem Lenkrad zugeordneten Drehstab einwirkt. Das aktuell auf den Drehstab einwirkende Drehstabmoment wird gemessen und im Rahmen eines das Lenksystem charakterisierenden Modells berücksichtigt. Weiterhin werden Kompensationssignale ermittelt, die den einzelnen periodischen Störungen zugeordnet sind, und die von dem Modell ebenfalls berücksichtigt werden. Auf der Grundlage des Modells wird das den Momentensteller beeinflussende Stellmoment dann derart erzeugt, dass die Störungen kompensiert sind. An dem gemessenen Drehstabmoment und/oder dem gemessenen Lenkradwinkel sind also die an sich vorhandenen Störungen nicht mehr erkennbar.
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Es entsteht somit die Situation, dass für den Fahrer des Kraftfahrzeugs aufgrund der kompensierten Störungen der Eindruck entsteht, dass gar keine Störungen vorhanden sind, obwohl aber tatsächlich sehr wohl Störungen vorhanden sind. Dies hätte zur Folge, dass die Störungen fortlaufend nur kompensiert werden würden, aber nicht repariert werden könnten, da der Fahrer - wie gesagt - das Vorhandensein der Störungen gar nicht erkennen würde.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Auftreten dieser Situation zu verhindern.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In dem erfindungsgemäßen Lenksystem können Störungen auftreten, die an sich am Lenkrad in Form von Fehlanregungen, insbesondere in der Form von Lenkraddrehschwingungen, erkennbar wären. Das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt jedoch ein Kompensationssignal, mit dem auftretende Fehlanregungen derart kompensiert werden, dass diese am Lenkrad nicht mehr erkennbar sind. Erfindungsgemäß wird in diesem Fall in Abhängigkeit von dem Kompensationssignal ermittelt, ob eine Störung vorhanden ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird also die Frage, ob eine Störung im Lenksystem vorliegt, nicht anhand von Messungen beantwortet, also insbesondere nicht durch eine Messung der Lenkraddrehschwingungen, sondern diese Frage wird in Abhängigkeit von einem Stellsignal beantwortet, nämlich in Abhängigkeit von dem Kompensationssignal, das letztlich auf das Lenksystem einwirkt und die Fehlanregungen kompensiert. Dieses Kompensationssignal wird erfindungsgemäß überprüft bzw. überwacht, um daraus zu erkennen, ob eine Störung vorliegt oder nicht.
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Bei einer ersten Ausführungsform wird geprüft, ob das Kompensationssignal über eine vorgebbare längere Zeitdauer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und es wird, falls dies der Fall ist, auf eine Störung geschlossen. Dies stellt eine sehr einfache Realisierung der Erfindung dar, mit der jedoch eine sichere Erkennung einer Störung bereits möglich ist.
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Bei einer zweiten Ausführungsform umfasst das Kompensationssignal ein Teilsignal 1. Ordnung und ein Teilsignal 2. Ordnung, wobei das Teilsignal 1. Ordnung insbesondere Unwuchten eines Rades und Dickenschwankungen einer Bremsscheibe eines Rades zugeordnet ist, und wobei das Teilsignal 2. Ordnung insbesondere Dickenschwankungen einer Bremsscheibe eines Rades zugeordnet ist. Aus diesen Teilsignalen werden bei nicht-vorhandener oder vorhandener Bremsung jeweils Größen abgeleitet und gespeichert, die dann die Grundlage für die Beantwortung der Frage bilden, ob eine Störung vorliegt oder nicht.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn es sich bei den Größen um Energien handelt, die aus dem jeweiligen Teilsignal resultieren. Alternativ können aus den Teilsignalen auch Kräfte abgeleitet und zur Beantwortung der Frage herangezogen werden, ob eine Störung vorliegt oder nicht. Alternativ können die Teilsignale auch als solche weiterverwendet werden, insbesondere wenn die Teilsignals in der Form von Kompensationssignalen vorhanden sind.
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Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Abhängigkeit von den abgespeicherten Größen eine Klassifizierung insbesondere dahingehend vorgenommen, ob die Störung schwerwiegend ist bzw. wie schwerwiegend die Störung ist und/oder was der Grund für die Störung ist und/oder wo der Ort der Störung sich befindet. Mit dieser Klassifizierung kann die Behebung der Störung, also insbesondere die Reperatur oder der Austausch eines defekten Bauteils des Kraftfahrzeugs, wesentlich vereinfacht werden.
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Weitere Aspekte der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und in den Zeichnungen angegeben, wobei die Aspekte sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems eines Fahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung von Störungen in dem Lenksystem der 1;
- 3a ein erstes Ausführungsbeispiel eines Funktionsblocks des Verfahrens der 2; und
- 3b ein zweites Ausführungsbeispiel des vorgenannten Funktionsblocks des Verfahrens der 2.
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In der 1 ist ein beispielhaftes Lenksystem 1 dargestellt, das ein Bestandteil einer elektrischen Servolenkung (EPS = electric power steering) eines Kraftfahrzeugs sein kann. Das Lenksystem 1 weist eine Lenkvorrichtung 2 und ein Steuergerät 3 auf. In dem Steuergerät 3 ist ein Mikroprozessor 4 untergebracht, der über eine Datenleitung, beispielsweise ein Bussystem, mit einem Speicherelement 5 verbunden ist. In dem Speicherelement 5 sind Speicherbereiche ausgebildet, in denen Computerprogramme abgespeichert sind. Durch eine geeignete Programmierung der Computerprogramme kann das in 1 dargestellte Lenksystem 1 auf eine erwünschte Art und Weise betrieben werden.
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Es versteht sich, dass in dem Speicherelement 5 ferner Kennfelder, Tabellen und dergleichen abgespeichert sein können.
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Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einem Momentensteller 7 verbunden, der beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist. Der Momentensteller 7 wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9 ein, und zwar derart, dass er ein Stellmoment auf den Drehstab 9 ausüben kann. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkmittel, beispielsweise ein Lenkrad 10, angeordnet. Der Drehstab 9 kann damit von dem Steuergerät 3 über den Momentensteller 7 auf eine erwünschte Art und Weise beeinflusst werden. Insbesondere kann das Steuergerät 3 im Sinne einer Lenkunterstützung auf den Drehstab 9 und damit auf das Lenkrad 10 einwirken.
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Die Lenkvorrichtung 2 weist ein Lenkgetriebe 11 auf, das als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 ist über ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13, das jeweils mit einem Rad 14 zusammenwirkt, verbunden.
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Der Momentensteller 7 weist einen Rotor 15 auf. Es kann vorgesehen sein, dass mittels eines Rotorlagesensors 16 die aktuelle Rotorlage erfassbar ist. Diese wird über eine Datenleitung 17 dem Steuergerät 3 zugeführt. Alternativ oder ergänzend kann das Lenksystem 1 einen nicht dargestellten Rotorgeschwindigkeitssensor aufweisen.
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Mittels eines Drehzahlsensors 18, insbesondere mittels eines einem Rad zugeordneten Impulsgebers, kann eine Raddrehzahl erfasst und über eine Datenleitung 19a an das Steuergerät 3 übermittelt werden. Mittels eines Drehmomentsensors 20 kann ein aktuelles Drehstabmoment erfasst und über eine Datenleitung 19b an das Steuergerät 3 übermittelt werden.
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Die Datenleitungen 6, 17, 19a und 19b können in vielfältig bekannter Weise ausgeführt sein. Vorzugsweise wird ein Bussystem zur Kommunikation zwischen dem Steuergerät 3 und den Sensoren bzw. Aktoren eingesetzt.
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In der 2 ist ein Verfahren dargestellt, das der Erkennung von Störungen in dem Lenksystem 1 der 1 dient, insbesondere zur Erkennung von Lenkraddrehschwingungen. Das Verfahren baut dabei auf dem Lenksystem gemäß der 1 auf, weshalb übereinstimmende Bauelemente oder Funktionen in der 2 mit gleichlautenden Bezugszeichen wie in der 1 versehen sind. Insoweit wird dann auch auf die Erläuterungen zur 1 verwiesen.
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Gemäß der 2 weist das Steuergerät 3 einen Lenkungsregler 21 auf, der von nicht näher dargestellten Eingangssignalen beaufschlagt ist, und der in Abhängigkeit davon als Ausgangssignal ein Stellsignal Mservo abgibt. Bei dem Stellsignal Mservo kann es sich insbesondere um dasjenige Drehmoment handeln, mit dem der Drehstab 9 und damit das Lenkrad 10 im Sinne einer Lenkunterstützung von dem Steuergerät 3 über den Momentensteller 7 beeinflusst werden soll.
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Gemäß der 2 weist das Steuergerät 3 weiterhin eine Kompensationsfunktion 31 auf, die ein Kompensationssignal Mkomp erzeugt. Dieses Kompensationssignal Mkomp wird von der Kompensationsfunktion 31 derart ermittelt, dass Störungen, die auf das Lenksystem 1 in irgendeiner Weise einwirken, kompensiert werden. Das Kompensationssignal Mkomp kann dabei grundsätzlich auf beliebige Art und Weise ermittelt werden. Insbesondere kann das Kompensationssignal Mkomp mit Hilfe eines Modells des Lenksystems 1 ermittelt werden.
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Das Kompensationssignal Mkomp kann sich aus mehreren Teilsignalen zusammensetzen. So kann ein Teilsignal 1. Ordnung Mkomp1 vorhanden sein, mit dem alle periodischen Störungen 1. Ordnung kompensiert werden. Derartige periodische Störungen 1. Ordnung können dabei insbesondere von Unwuchten in den Rädern 14 oder von Dickenschwankungen der Bremsscheiben der Räder 14 herrühren. Entsprechend kann ein Teilsignal 2. Ordnung Mkomp2 vorhanden sein, mit dem alle periodischen Störungen 2. Ordnung kompensiert werden. Derartige periodische Störungen 2. Ordnung können insbesondere von Dickenschwankungen der Bremsscheiben der Räder 14 herrühren.
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Eine Realisierung der Kompensationsfunktion
31, die die vorstehenden Anforderungen erfüllt, ist beispielsweise in der
DE 10 2012 104 253.5 offenbart.
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Das Stellsignal Mservo und das Kompensationssignal Mkomp werden einem Addierer 23 zugeführt, der dann als Ausgangssignal ein kompensiertes Stellsignal M'servo abgibt. Mit diesem kompensierten Stellsignal M'servo wird dann der Momentensteller 7 angesteuert, der seinerseits - wie erläutert wurde - auf den Drehstab 9 einwirkt.
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Mit Hilfe des dem Drehstab 9 zugeordneten Drehmomentsensors 20 oder auf andere Art und Weise, kann nunmehr ein aktuelles Drehstabmoment MTBmess gemessen werden. Bei diesem gemessenen Drehstabmoment handelt es sich um eine Zustandsgröße, die dem Lenkungsregler 21 zugeführt sein kann, und die von dem Lenkungsregler 21 bei der Ermittlung des Stellmoments Mservo als Eingangsgröße berücksichtigt werden kann.
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Die Kompensationsfunktion 31 ist nunmehr - wie erläutert wurde - derart ausgebildet, dass Störungen, die auf das Lenksystem 1 in irgendeiner Weise einwirken, kompensiert werden. Dies hat zur Folge, dass das gemessene Drehstabmoment MTBmess keine Lenkraddrehschwingungen mehr enthält. Dies bedeutet, dass das kompensierte Stellmoment M'servo unter anderem von der Kompensationsfunktion 31 gerade derart ermittelt wird, dass jegliche Lenkraddrehschwinungen, die an sich auf Grund von irgendwelchen Störungen in dem Lenksystem 1 vorhanden wären, nicht mehr vorhanden sind. Derartige, an sich vorhandene Lenkraddrehschwingungen werden also von dem Kompensationssignal Mkomp kompensiert. Dies hat dann zur Folge, dass - wie gesagt - das gemessene Drehstabmoment MTBmess keine Lenkraddrehschwingungen mehr enthält.
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Wie aus der 2 weiterhin hervorgeht, weist das Steuergerät 3 einen Funktionsblock 33 auf, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, vorhandene Lenkraddrehschwingungen in dem Lenksystem 1 zu erkennen. Zu diesem Zweck wird dem Funktionsblock zumindest das Kompensationssignal Mkomp von der Kompensationsfunktion 31 zugeführt. Die von dem Funktionsblock 33 ausgeführten Verfahren werden nachfolgend anhand der 3a, 3b näher erläutert.
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In der 3a ist eine erste Ausführungsform des Funktionsblocks 33 dargestellt, bei der eine möglichst einfache Realisierung der Erkennung von Störungen im Vordergrund steht.
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Bei der 3a wird von dem Funktionsblock 33 im Rahmen einer Abfrage 35 nur geprüft, ob das Kompensationssignal Mkomp einen Schwellwert S überschreitet. Dabei kann das Kompensationssignal Mkomp beispielsweise nur im Hinblick auf seinen Betrag bzw. seine Amplitude herangezogen werden. Ebenfalls ist es möglich, aus den Teilsignalen 1. und 2. Ordnung Mkomp1 , Mkomp2 einen Betrag bzw. eine Amplitude abzuleiten und dem weiteren Verfahren zugrundezulegen.
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Wird der Schwellwert S fortlaufend über eine vorgebbare, längere Zeitdauer überschritten, so kann daraus von einem Block 36 geschlossen werden, dass mit dem Kompensationssignal Mkomp bzw. mit den Teilsignalen Mkomp1 , Mkomp2 fortlaufend Störungen, die auf das Lenksystem 1 in irgendeiner Weise einwirken und die an sich Lenkraddrehschwingungen hervorrufen würden, kompensiert werden. In diesem Fall wird von dem Block 36 ein Fehlersignal F erzeugt, das in einen Fehlerspeicher eingeschrieben oder dem Fahrer des Kraftfahrzeugs angezeigt wird. Bei einem nächsten Werkstattaufenthalt des Kraftfahrzeugs kann aufgrund des Fehlersignals dann näher untersucht werden, durch welche Bauteile die fortlaufenden Störungen erzeugt werden und es können dann diese Bauteile repariert oder ausgetauscht werden.
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In der 3b ist eine zweite Ausführungsform des Funktionsblocks 33 dargestellt, bei der eine Realisierung der Erkennung von Störungen im Vordergrund steht, die eine Klassifizierung der erkannten Störungen ermöglicht.
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Bei der 3b wird von dem Funktionsblock 33 im Rahmen einer Abfrage 38 geprüft, ob aktuell eine Bremsung des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Dies kann beispielsweise anhand eines sogenannten Bremsflags geprüft werden.
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Liegt keine Bremsung vor, so wird mittels einer Abfrage 39 geprüft, ob das Kraftfahrzeug sich mit einer etwa konstanten Geschwindigkeit bewegt, ob also keine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs aktuell vorhanden ist. Ist dies der Fall, so wird in einem Block 40 aus dem Kompensationssignal Mkomp , und zwar aus dem Teilsignal 1. Ordnung Mkomp1 , diejenige Energie ermittelt, die von dem Momentensteller 7 zur Durchführung der Kompensation 1. Ordnung über eine vorgegebene Zeitdauer aufgebracht wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle der Ermittlung der vorgenannten Energie alternativ auch eine Kraft aus dem Kompensationssignal Mkomp ermittelt und weiterverwendet werden kann. Gegebenenfalls ist es auch möglich, anstelle der Energie oder der Kraft das Kompensationssignal Mkomp bzw. das Teilsignal Mkomp1 als solches weiterzuverwenden.
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Im Falle der konstanten Geschwindigkeit stellt die ermittelte Energie eine Größe dar, mit der eine vorhandene Unwucht eines Rades bei der aktuellen Geschwindigkeit kompensiert wird. Da, wie gesagt, keine Bremsung vorliegt, spielen mögliche Dickenschwankungen von Bremsscheiben in diesem Fall keine Rolle. Die berechnete Energie wird in eine die Unwucht betreffende, erste Zeile U einer Tabelle 43 eingetragen und gespeichert, und zwar in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Liegt eine Bremsung vor, so wird mittels einer Abfrage 45 geprüft, ob die Verzögerung des Kraftfahrzeugs sich in einem vorgegebenen Bereich befindet. Ist dies der Fall, so wird in einem Block 46 aus dem Kompensationssignal Mkomp , und zwar aus dem Teilsignal 1. Ordnung Mkomp1 , diejenige Gesamt-Energie ermittelt, die von dem Momentensteller 7 zur Durchführung der Kompensation von Störungen 1. Ordnung über eine vorgegebene Zeitdauer aufgebracht wird. Alternativ kann wiederum eine Kraft ermittelt und weiterverwendet oder das Kompensationssignal bzw. das Teilsignal als solches weiterverwendet werden.
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Im Falle einer Bremsung des Kraftfahrzeugs stellt die vorgenannte Gesamt-Energie eine Größe dar, mit der eine vorhandene Unwucht eines Rades sowie eine vorhandene Dickenschwankung einer Bremsscheibe eines Rades bei der aktuellen Geschwindigkeit kompensiert wird. Von dieser Gesamt-Energie wird die in der ersten Zeile U für dieselbe Geschwindigkeit eingetragene und mit einem Faktor T bewertete Energie abgezogen. Dies ist in der 3b durch eine Verstärkung 47 und eine Subtraktion 48 dargestellt. Mit dem Faktor T kann dabei eine Umrechung der Wirkungen vorgenommen werden, wie die Störungen einerseits am Rad und andererseits an den Bremsscheiben des Rades auftreten.
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Damit wird letztlich die aus einer Unwucht resultierende Energie von der berechneten Gesamt-Energie abgezogen, so dass nur noch die aus einer Dickenschankung einer Bremsscheibe resultierende Energie verbleibt. Die verbleibende Energie wird in eine die Dickenschwankung 1. Ordnung betreffende, zweite Zeile D1 der Tabelle 43 eingetragen, und zwar in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Liegt eine Bremsung vor und ist die Abfrage 45 erfüllt, so wird weiterhin in einem Block 49 aus dem Kompensationssignal Mkomp , und zwar aus dem Teilsignal 2. Ordnung Mkomp2 , diejenige Energie ermittelt, die von dem Momentensteller 7 zur Durchführung der Kompensation von Störungen 2. Ordnung über eine vorgegebene Zeitdauer aufgebracht wird. Alternativ kann wiederum eine Kraft ermittelt und weiterverwendet oder das Kompensationssignal bzw. das Teilsignal als solches weiterverwendet werden.
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Im Falle der Verzögerung des Kraftfahrzeugs stellt die genannte Energie eine Größe dar, mit der eine vorhandene Dickenschwankung einer Bremsscheibe eines Rades bei der aktuellen Geschwindigkeit kompensiert wird. Diese Energie wird in eine die Dickenschwankung 2. Ordnung betreffende, dritte Zeile D2 der Tabelle 43 eingetragen, und zwar in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Mit der Zeit wird die Tabelle 43 mit Einträgen befüllt. Die jeweiligen Einträge können dabei gegebenenfalls auch fortlaufend erneuert, also durch aktuelle Einträge ersetzt werden.
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Insbesondere mit Hilfe einer vollständig ausgefüllten Tabelle ist es dann möglich, eine Klassifizierung der erkannten Störungen vorzunehmen.
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So kann anhand der Einträge in den drei Zeilen U, D1, D2 der Tabelle 43, insbesondere anhand der Beträge bzw. Amplituden der eingetragenen Energien klassifiziert werden, ob die erkannten Störungen im Wesentlichen nicht relevant sind oder ob sie eine Überprüfung bei einem nächsten Werkstattbesuch erfordern oder ob sie derart relevant sind, dass ein sofortiger Werkstattbesuch vonnöten ist. Weiterhin kann anhand der Unterteilung der Tabelle in die erläuterten drei Zeilen klassifiziert werden, ob die erkannten Störungen von einer Unwucht eines Rades herrühren oder ob sie von Dickenschwankungen einer Bremsscheibe stammen oder ob sie auf beidem begründet sind. Ebenfalls kann im Hinblick auf die Dickenschwankungen einer Bremsscheibe klassifiziert werden, ob es sich um Störungen 1. Ordnung oder 2. Ordnung handelt.
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Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe des Drehzahlsensors 18 eine nähere Ortsbestimmung für die erkannte Störung durchzuführen. Ist beispielsweise jedem der Räder 14 ein Impulsgeber als Drehzahlsensor zugeordnet, so kann aus den erhaltenen Impulssignalen abgeleitet werden, bei welchem der Räder beispielsweise eine Unwucht vorliegt. Dieses Ergebnis kann dann mit den Einträgen in der Tabelle 43 bzw. den vorgenannten, anhand der Tabelle 43 durchgeführten Klassifizierungen abgeglichen werden, um daraus dann beispielsweise bestimmte Radpaare (linke Seite / rechte Seite oder Vorderräder / Hinterräder) oder bestimmte einzelne Räder (vorne links / vorne rechts / usw.) als Ort der Störung zu ermitteln.
