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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fehlertoleranten
richtungsorientierten Achszählung
von Schienenfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und 7.
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Achszählsysteme
dienen der Frei- und Besetztmeldung von Gleisabschnitten im Eisenbahnnetz.
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Zuläufe zu einem
Gleisabschnitt werden mit verdoppelten Radsensoren (sogenannten
Doppelsensoren) überwacht.
Sobald mindestens einer der zwei Radsensoren eines Doppelsensors
an einem Zulauf zum freien Gleisabschnitt von einem Eisenbahnrad
beeinflusst wird, meldet die Auswerteeinheit aus Sicherheitsgründen eine
Belegung und bleibt in diesem Zustand.
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Erst
die ordentliche (zählbare) Überquerung von
beiden Radsensoren eines Doppelsensors durch das Rad ermöglicht es,
die Belegung des zugehörigen
Gleisabschnitts genau dann wieder aufzuheben, wenn die Anzahl aller
eingezählten
(zulaufenden) Achsen an einem Doppelsensor gleich der Anzahl aller
ausgezählten
(ablaufenden) Achsen an einem Doppelsensor dieses Gleisabschnitts
ist. Voraussetzung für
die Zählbarkeit
ist weiterhin, dass sich die Beeinflussungen der beiden Radsensoren
eines Doppelsensors zeitlich überlappen,
da nur hierdurch eine richtungsorientierte Achszählung bei allen Geschwindigkeiten
ermöglicht
wird.
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Durch
diese Systematik reicht für
die Belegung des Achszählsystems
(bzw. des Gleisabschnitts) die Beeinflussung eines Radsensors durch Anschneiden
(Bedämpfung
nur eines Radsensors mit Richtungswechsel des Rades) oder Anpendeln (Bedämpfung beider
Radsensoren mit Richtungswechsel des Rades) oder auch durch etwas
anderes aus, für
die anschließende
sichere Freimeldung ist dagegen eine höchstzuverlässige Zählung der Eisenbahnräder sowohl
beim Zulauf als auch beim Ablauf der Achsen notwendig.
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Insgesamt
erhält
man mit dieser Art der Auswertung allgemein anerkannte, signaltechnisch
sichere Achszählsysteme.
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Allerdings
führt die
hohe „Belegtempfindlichkeit" zu Störungen in
der Verfügbarkeit.
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Gründe hierfür liegen
in Beeinflussungen des Radsensors, die von denjenigen, hervorgerufen durch
Eisenbahnräder,
nicht sicher unterschieden werden können, oder in Beeinflussungen
durch Eisenbahnräder,
die den Doppelsensor eines freien Gleisabschnittes nicht vollständig überfahren,
also nur anschneiden oder anpendeln, so dass keine ordnungsgemäße Zählung möglich ist.
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Weiterhin
besteht nach Ein- und Ausfahrt mindestens einer Achse die Möglichkeit
der Nichtübereinstimmung
der ein- und ausgezählten
Achsen (Verzählung),
weshalb es ebenfalls nicht zu einer Freimeldung kommt.
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Letztlich
führt auch
jede Fehlfunktion eines Radsensors aus Sicherheitsgründen zu
einer sofortigen Belegung des Achszählsystems bzw. Gleisabschnitts.
In allen Fällen
ist wegen der Sicherheitsanforderungen eine dauerhafte Belegungsmeldung zwingend
erforderlich, die entweder durch eine Grundstellung des Auswertesystems
(gegebenenfalls nach Instandsetzung der defekten Komponenten) oder
in einigen Fällen
auch ausschließlich
durch die ordnungsgemäße Ein-
und Auszählung
eines durchfahrenden Zuges aufgehoben werden kann.
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Bei
hoher Zugdichte und automatisiertem Betrieb führen die Störungen jedoch zu erheblichen betrieblichen
Behinderungen mit entsprechenden Nachteilen.
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Eine
Möglichkeit,
die Zuverlässigkeit
der Auswertung zu verbessern, bietet die Filterung der Radsensorsignale
(
DE 23 19 164 C2 ),
wobei kürzere Impulse
als nicht von Rädern
herrührende
Beeinflussungen verworfen werden. Hohe anzunehmende Geschwindigkeiten
und kleine Raddurchmesser führen allerdings
dazu, dass nur äußerst kurze
Impulse verworfen werden können,
ohne dass die sichere Erkennung von Eisenbahnrädern beeinträchtigt wird.
Eine Verbesserung dieses Verfahrens verspricht
EP 1 086 873 A1 , worin eine
dynamische Filterung empfohlen wird, wobei die Länge des Filterelementes anhand
einer gemessenen Geschwindigkeit dimensioniert wird.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Störfilterung wird
in der
EP 1 086 873
A1 beschrieben, welche die gruppenweise Auswertung der
Achsen unter Berücksichtigung
der Zuggeschwindigkeit empfiehlt. Bei dieser Auswertung werden Radsensorimpulse
verworfen, die innerhalb eines Betrachtungszeitraumes nicht das
gleiche Muster (Befahrungsrichtung und -geschwindigkeit) wie diejenigen
der übrigen
Räder am
gleichen Doppelsensor haben.
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Fehlimpulse
(z.B. Anschneidungen und Anpendelungen) an einem Radsensor eines
freien Gleisabschnittes, Zählfehler
an langsam fahrenden Achsen sowie Fehlfunktionen eines Radsensors (mechanischer
oder elektrischer Defekt) beherrscht dieses Verfahren nicht.
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Ebenso
wurden Verfahren zur Achsmustererkennung vorgeschlagen (
DE 32 01 293 C2 ),
mit denen neben der Achsanzahl auch deren zeitliches Impulsmuster
zur Freimeldung berücksichtigt
werden sollen. Allerdings ist der Aufwand, um die Ungenauigkeit
durch Stauchen und Dehnen bzw. Geschwindigkeitsänderungen des Zuges entsprechend
zu berücksichtigen,
erheblich. Darüber
hinaus würde
das Verfahren bei Fehlimpulsen am Radsensor eines freien Gleisabschnittes
und bei Fehlfunktionen des Radsensors keine Verbesserung der Verfügbarkeit
ermöglichen.
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Weiterhin
empfiehlt
EP 0 662
898 B1 , durch Vergleichen der Achszahlen aufeinanderfolgender Gleisabschnitte
etwaige Zählfehler
zu korrigieren. Voraussetzung hierfür ist allerdings eine aufwändige übergeordnete
Logik sowie eine einfache Gleistopologie. Fehlfunktionen eines Radsensors
(mechanischer oder elektrischer Defekt) beherrscht dieses Verfahren
nicht. Einen ähnlichen
Ansatz verfolgt
DE 197
06 021 A1 .
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In
DE 196 06 320 A1 wird
erstmals eine redundante Zählstelle
vorgeschlagen, hier allerdings nur für eine spezifische Gleissituation
und Auswertung. Fehlimpulse am Radsensor eines freien Abschnittes, Zählfehler
sowie Fehlfunktionen eines Radsensors (mechanischer oder elektrischer
Defekt) beherrscht dieses Verfahren nicht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur fehlertoleranten Achszählung von Schienenfahrzeugen
zu schaffen, mit dem eine sichere Beherrschung von Fehlimpulsen
(einschließlich
Anschneidungen und Anpendelungen freier Abschnitte), von Zählfehlern, hervorgerufen
durch Verzählung
an Doppelsensoren während
der Ein- und Ausfahrt eines Zuges, sowie von Fehlfunktionen eines
Radsensors (mechanischer oder elektrischer Defekt) ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und 7 gekennzeichnete Erfindung
gelöst,
d.h. durch ein Verfahren zur fehlertoleranten Achszählung von Schienenfahrzeugen,
wobei die Achszählung
in einem Gleisabschnitt mit redundanten (verdoppelten, richtungsbezogenen)
Zählimpulsen
erfolgt, und durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei
Zählstellen
mit zwei Doppelsensoren, bestehend aus wiederum je zwei Radsensoren,
ausgeführt
sind.
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Grundsätzlich ergeben
sich daraus die folgenden Auswertemöglichkeiten.
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Eine
kurzzeitige Beeinflussung wie das Anschneiden oder das Anpendeln
der Radsensors eines Doppelsensors einer Zählstelle muss nicht mehr zu
einer dau erhaften Belegung des vormals freien Gleisabschnitts führen, da
ausreichende Redundanz vorhanden und im Falle eines Eisenbahnrades
durch die übrigen
Radsensoren die sichere Erfassung gewährleistet ist.
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Weiterhin
können
durch die doppelten Zählung
jeder Achse an einer Zählstelle
bei so ausgerüsteten
Gleisabschnitten genau so viele Achszählsummen (logische Überwachungskreise)
gebildet werden, wie sich Kombinationen aus den Doppelsensoren ergeben.
Im Falle eines Abschnitts mit zwei Zählstellen, je mit zwei Doppelsensoren
A und B bzw. C und D ausgerüstet,
sind dies die Summen AC, AD, BC, BD (entspricht vier Überwachungskreisen).
Um die Belegung bzw. Freimeldung des Gleisabschnittes festzustellen,
gelten nun erweiterte Regeln, die eventuelle Verzählungen
in einzelnen Überwachungskreisen
korrigieren können.
Der Defekt eines Doppelsensors führt
zwar zur permanenten Belegung der betroffenen Überwachungskreise (z.B. bei
defektem Doppelsensor A die Überwachungskreise
AC und AD). Jedoch bleiben die übrigen Überwachungskreise
(hier BC und BD) funktionstüchtig,
so dass der Betrieb nicht unterbrochen werden muss. Erst ein weiterer
Fehler führt
zur Betriebsstörung.
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Die
Verdoppelung von Doppelsensoren muss nicht notwendigerweise an allen
Zählstellen
eines Gleisabschnittes erfolgen, um die Vorteile der o.g. Auswertungen
zu nutzen. Vielmehr erlaubt die gezielte Ausrüstung besonders gefährdeter
Zählstellen
in der Gleisanlage einen ökonomischen
Einsatz dieses Verfahrens, um Störungen
des Betriebsablaufs zu reduzieren.
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Zur
Erhöhung
der Zuverlässigkeit
bei der Erkennung von Rädern
im Grenzbereich (kleine Raddurchmesser, geringer Spurkranz, großer seitlicher Versatz
u.ä.) wird
weiterhin vorgeschlagen, die beiden analogen Radsensorsignale je
Doppelsensor unter Beachtung bestimmter Regeln so in digitale Impulse
umzuformen, dass eine sichere Signalüberdeckung und somit Richtungserkennung
möglich
ist. Hierzu wird anhand der ausgewerteten analogen Signallänge eine
maximale mögliche
Verlängerung
des Impulses ermittelt, anhand deren die digitale Impulslänge dimensioniert
wird. Die Signalverlängerung wird
nur bei dem digitalen Signal desje nigen Radsensors des Doppelsensors
durchgeführt,
welcher zuerst von dem sich nähernden
Rad bedämpft
wird. Weitere Auswerteregeln berücksichtigen
Anschneidungen sowie Anpendelungen.
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Ein
weitere Möglichkeit
der Störunterdrückung während der
Zugpassage bietet die zeitweise Unterdrückung der analogen Signalauswertung. Hierzu
wird ebenfalls auf Basis der Beeinflussungslänge eines Radsensorsystems
durch das Rad eine maximal mögliche
Signalunterdrückungszeit
ermittelt, währenddessen
aufgrund der geometrischen Gegebenheiten der Radanordnung nicht
mit einem weiteren Rad gerechnet werden kann und muss. Analoge Signalveränderungen
während
dieses Zeitraums werden daher nicht weiter verarbeitet, so dass spezielle
Anbauten an Zügen
(beispielsweise Schienenbremsen) nicht erfasst bzw. gezählt werden
und damit keine Störungen
verursachen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei
der Vorrichtung zur Durchführung
der erfindungsgemäßen Verfahren
sind gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung die redundanten Doppelsensoren gegenüberliegend
an beiden Schienen angeordnet.
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Es
ist jedoch ebenfalls möglich,
die redundanten Doppelsensoren um mindestens ein Schwellenfach versetzt
an gegenüberliegend
oder an der gleichen Schiene anzuordnen.
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Die
Verdoppelung der Doppelsensoren ist nicht für jede Zählstelle eines Gleisabschnittes
erforderlich und kann auf besonders störungsanfällige Zählstellen begrenzt werden.
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Die
Erhöhung
der Zuverlässigkeit
bei der Erkennung von Rädern
im Grenzbereich durch Impulsverlängerung
sowie die dynamische Störunterdrückung können auch bei
Verwendung nur eines Doppelsensor je Zählstelle die Fehlertoleranz
des Achszählsystems
wirksam verbessern.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 die
schematische Darstellung eines Rades im Bereich eines Doppelsensors;
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2 den
Verlauf der Sensorströme
zweier Radsensoren eines Doppelsensors, die einen Zählimpuls
erzeugen sowie deren digitale Umsetzung;
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3 die
Anordnung der Doppelsensoren an einem Gleisabschnitt;
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4a und 4b ein
Fließbild
des Verfahrens zur Achszählung
gem. der Erfindung;
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5 ein
Fließbild
zum Unterverfahren der dynamischen Impulsverlängerung; und
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6 ein
Fließbild
zum Unterverfahren der dynamischen Störunterdrückung während der Zugüberfahrt.
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Wie
in den 1 bis 3 dargestellt, erfolgt die Achszählung, wenn
ein Rad 5 auf einer Schiene 4 einen Doppelsensor 3,
bestehend aus den Radsensoren 1, 2, überquert.
Die dabei erzeugten Signalströme
(siehe 2) der einzelnen Radsensoren 1, 2 ermöglichen
die Richtungserkennung des Rades 5 und ergeben somit einen
richtungsbezogenen Zählimpuls.
Die Doppelsensoren 3 sind an einem Gleisabschnitt (Achszählabschnitt)
jeweils am Einlauf und am Auslauf redundant (doppelt) entweder an den
Gleisen 4 gegenüberliegend
(3) oder versetzt zueinander angeordnet. Beide
Doppelsensoren bilden gemeinsam eine Zählstelle, an der die Züge je nach
Fahrtrichtung ein- oder ausgezählt
werden. Beide Zählstellen
(je nach Gleisabschnitt können
es aber auch nur eine für
ein Stumpfgleis oder mehr als zwei für Weichen bzw. Weichenabschnitte
sein) werden an die Auswerteeinheit angeschlossen, welche die weitere
Bewertung der Signale durchführt.
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In 4a wird
zunächst
das Verfahren beschrieben, mit dem die Belegt/Freimeldung der internen Überwachungskreise
ermittelt wird. Hierzu wird in Schritt S100 geprüft, ob fehlerhafte Radsensorsignale
(Signale außerhalb
der zulässigen
Grenzen) vorliegen. Ist diese der Fall, so geht der betroffene Überwachungskreis
in Störung
S103. In S105 erfolgt eine Grundstellungsanforderung. Wird diese
erfüllt, springt
das Programm zu S100, anderenfalls bleibt die Grundstellungsanforderung
bestehen (S105).
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Wird
S100 verneint, prüft
das Programm in S101, ob ein Radsensorsystem des Überwachungskreises
belegt anzeigt. Falls ja, wird der betroffene Kreis als besetzt
gemeldet, falls nein, meldet der Kreis frei und die Überwachung
der Radsensorsignale wird in S100 fortgesetzt. Nach S102 wird in
S104 ermittelt, ob mindestens ein Radsensorsystem des Überwachungskreises
weiterhin belegt ist. Erst wenn dies verneint wird, fährt das
Programm mit der Prüfung
in S106 fort, ob eine Achse ordentlich gezählt werden konnte. Ist das
erfolgt, wird in S109 geprüft, ob
die Summe der ein- und ausgezählten
Achsen 0 ergibt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kehrt das Programm
zu Schritt S100 zurück,
anderenfalls wird in S112 eine Grundstellung angefordert. Solange
diese nicht erfolgt, kehrt das Programm zu S109 zurück, wird
die Grundstellung ausgeführt,
springt das Programm zu S100. Wurde in Programmschritt S106 die Achse
nicht ordentlich eingezählt,
so wird in S107 geprüft,
ob ein Anpendeln des Doppelsensors ohne zeitliche Signalüberdeckung
vorlag. Falls nein, wird in S110 der Überwachungskreis frei gemeldet
und das Programm springt zu S100. Wird in S107 ein Pendeln ohne Überdeckung
festgestellt, wird in S108 ermittelt, ob die letzte Besetztmeldung
ebenfalls durch ein Pendeln ohne Überdeckung, allerdings durch
das andere Radsensorsystem verursacht, erfolgte. Im negativen Fall
meldet der interne Überwachungskreis
frei und das Programm kehrt zu S100 zurück. Anderenfalls wird in S111
der interne Überwachungskreis
aufgrund des Pendelfehlers besetzt gemeldet und verbleibt in diesem
Zustand, solange keine Achse ordentlich gezählt werden konnte (S113).
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Konnte
in S113 eine Achse gezählt
werden, so springt das Programm zu S109, von wo aus die Bearbeitung
wie oben beschrieben erfolgt.
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Basierend
auf der Ermittlung der Belegt-/Freizustände der internen Überwachungskreise wird
in 4b beschrieben, welche Regeln für die Ermittlung
der Belegt-/Freimeldung des Gleisabschnittes gelten. Hierzu wird
in S200 geprüft,
ob alle internen Überwachungskreise
besetzt melden. Falls ja, wird der Gleisabschnitt besetzt (S204).
Anderenfalls wird in S201 geprüft,
ob mindestens zwei interne Überwachungskreise
eine Achse ordentlich eingezählt
haben. Falls ja, erfolgt ebenfalls die Besetzung des Gleisabschnittes
(S204). Nach Gleisabschnittsbelegung in S204 wird in S206 geprüft, ob alle
internen Überwachungskreise
wieder frei melden. Ist dies gegeben, wird der Gleisabschnitt wieder
frei (S210) und die Auswertung beginnt erneut mit S200. Wurde S206
verneint, wird in S207 geprüft,
ob mindestens zwei Überwachungskreise
zurück
auf 0 gezählt
haben. Falls nein, besteht in S209 die Möglichkeit einer Grundstellung.
Erfolgt diese nicht, kehrt das Programm zurück zu S204, andernfalls wird
der Gleisabschnitt in S210 freigemeldet und die Auswertung beginnt
erneut bei S200. Wurde allerdings in S207 bei mindestens zwei internen Überwachungskreisen
auf 0 zurückgezählt, so
werden alle übrigen
internen Überwachungskreise
in S208 zurückgesetzt
und damit auch der Gleisabschnitt in S210 frei gemeldet.
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Falls
auch S201 verneint wurde, wird in S202 geprüft, ob alle internen Überwachungskreise
auf mindestens zwei unterschiedliche Arten angependelt wurden. Falls
nein, fährt
das Programm mit S210 fort, falls ja wird in S203 der Abschnitt
gestört
gemeldet. Anschließend
erfolgt in S205 eine Grundstellungsanforderung, die im Falle der
positiven Beantwortung zur Freimeldung des Gleisabschnittes führt (S210), im
negativen Falle die Störung
erhält.
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5 zeigt
die Methode dynamischen Verlängerung
der Impulse. In Programmschritt S300 wird das Sensorsystem 1 (ein
Radsensor des Doppelsensors) auf Bedämpfung überwacht. Falls es zu einer
Bedämpfung
kommt, wird in S301 die Systembelegung 1 (Weitermeldung
an die Auswerteinheit) gesetzt. In S302 startet eine Zeitmessung
der Bedämpfungsdauer
TBEDÄMPFT,
die solange fortgesetzt wird, bis in S303 das Ende der Bedämpfung des
Systems 1 ermittelt wird. In S304 wird nun basierend auf TBEDÄMPFT eine
veränderliche
Belegtverlängerungszeit TDYN1 gebildet. Ist nun in S305 festgestellt
worden, dass das System 1 erneut bedämpft wurde, kehrt das Programm
zu S302 zurück,
falls nicht, wird in S306 geprüft,
ob das zweite Radsensorsystem (System 2 des Doppelsensors)
bedämpft
wurde. Falls das Ergebnis dieser Prüfung positiv ist, springt das
Programm zu S308 und die Systembelegung 12 wird zurückgesetzt.
Ist das Ergebnis aus S306 negativ, wird die Systembelegung 1 in
S308 solange nicht zurückgesetzt,
wie weder System 1 noch System 2 bedämpft wurden
(S305 und S306) und die Belegtverlängerungszeit TDYN1 nicht
angelaufen ist (S308). Ist TDYN1 abgelaufen,
so wird in S308 die Systembelegung 1 rückgesetzt und das Programm
kehrt zu S300 zurück.
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In 6 wird
die Methode der dynamischen Störunterdrückung dargestellt.
Dafür wird
in Schritt S400 festgestellt, ob ein Radsensorsystem bedämpft ist.
Ist dies der Fall, wird die Systembelegung in Schritt S401 gesetzt
(d.h. an die Auswerteeinheit weitergemeldet) und sodann in Schritt
S402 ein Zeitmessung zur Ermittlung der Bedämpfungsdauer TBEDÄMPFT gestartet,
anderenfalls wird die Überwachung
der Bedämpfung
des Sensorsystems in S400 fortgesetzt. Wird in S403 das Ende der
Sensorbedämpfung
ermittelt, so wird die Systembelegung in S404 rückgesetzt und anhand der ermittelten
Systembedämpfungsdauer
in S405 eine Störunterdrückungszeit TSTÖRU errechnet,
anderenfalls wird die Messung der Systembedämpfungsdauer in S402 fortgesetzt.
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In
Schritt S406 wird eine neue Bedämpfung des
Sensorsystems überprüft. Falls
diese erfolgt ist, wird solange in S408 gewartet, bis die Systembedämpfung beendet
ist. Dann kehrt das Programm wieder zu Schritt S400 zurück und wertet
neue Bedämpfungen
aus. Falls in Schritt S406 keine Sensorbedämpfung festgestellt wurde,
kehrt dass Programm solange von Schritt S407 zu Schritt S406 zurück, wie
die Störunterdrückungszeit
nicht angelaufen ist und kein Sensorsystem bedämpft wurde. Im Falle des Ablaufs
Störunterdrückungszeit
kehrt das Programm schließlich
zu Schritt S400 zurück
und wertet neue Sensorbedämpfungen
aus.