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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Befestigungsinformation eines Rades eines Kraftfahrzeugs gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
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Es ist bekannt, eine mögliche Lockerung eines Rades bzw. eine Lockerung der Befestigungsbolzen eines Rades aus Sicherheitsgründen zu erfassen. Hierzu sind Sensoranordnungen bekannt, welche Kräfte bzw. Momente an den Befestigungsbolzen oder den Abstand des Rades von der Radaufnahme, also ob sich ein Luftspalt ausbildet, bestimmen. Alternativ gibt es Verfahren, welche Berechnungen anhand der Raddrehzahlen zu diesem Zweck anstellen, wie beispielsweise in Druckschrift
DE102015000998 A1 offenbart.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren vorzuschlagen, welches eine zuverlässige und/oder präzise und/oder kostengünstige Bestimmung einer Befestigungsinformation eines Rades ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Sensoranordnung gemäß Anspruch 12.
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Unter dem Begriff Befestigungsinformation wird bevorzugt eine Radbefestigungsinformation verstanden, die ein gelockertes/ festes Rad identifiziert bzw. ein akzeptables Lüftspiel/ einen akzeptablen Luftspalt zwischen Rad und Radaufnahme oder nicht.
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Das erste und das zweite Transformationssignal sind zweckmäßigerweise Spektren bzw. spektrale Informationen umfassende Signale.
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Die erste und die zweite Zeit-Frequenz-Transformation werden bevorzugt jeweils als Fouriertransformation ausgeführt.
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Es ist bevorzugt, dass das erste Transformationssignal einer Rauschunterdrückung unterzogen wird, welche insbesondere so ausgebildet ist/ durchgeführt wird, dass spektrale Schwingungssignalanteile des Antriebsstrangs bzw. des Motors des Kraftfahrzeugs bzw. des Rades, im Falle eines Nabenmotors, herausgefiltert werden oder signifikant verringert werden.
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Im Folgenden ist eine zweckmäßige/ beispielhafte Erläuterung bzw. Definition zur Radfrequenz, welche von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängt und zur Radharmonischen bzw. einem Radharmonischensignal:
- Die Radfrequenz ω ist definiert durch den Kehrwert der Zeit t, die das Rad für eine eigene Umdrehung braucht:
- Da die Zeit für eine Umdrehung von der Radgeschwindigkeit v abhängt, gilt (mit s für den Radumfang):
dass die Radfrequenz ebenfalls von der Radgeschwindigkeit abhängig ist. Die Vielfachen (n-fachen) dieser Radfrequenz werden (n-te) Radharmonische genannt und können im Frequenzspektrum des Signals vom Raddrehzahlsensor sichtbar werden.
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Beispiel für ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h und einem 17-Zoll-Reifen (225/65 R17):
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Das Raddrehzahlsignal wird vorzugsweise im Rahmen des Verfahrens nur zur Berechnung/ Bestimmung einer Befestigungskenngröße bzw. der Befestigungsinformation genutzt, wenn das Kraftfahrzeug eine definierte Beschleunigung nicht überschreitet, insbesondere die Geschwindigkeit um nicht mehr als +/- 3km/h bzw. +/- 5km/h variiert, zweckmäßigerweise innerhalb eines definierten Zeitintervalls und/oder wenn das Kraftfahrzeug einen definierten Lenkwinkelbetrag nicht überschreitet, insbesondere 10°, zweckmäßigerweise innerhalb eines definierten Zeitintervalls.
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Es ist bevorzugt, dass die Befestigungsinformation als Sicherheitsinformation hinsichtlich einer Lockerheit des Rades und/oder hinsichtlich des Luftspiels /Lüftspiels zwischen der Radaufhängung des Rades und dem Rad selbst ausgebildet/ definiert ist.
Vorzugsweise erfolgt die Gewinnung der ersten Befestigungskenngröße aus dem zweiten Transformationssignal in Abhängigkeit einer Radharmonischen.
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Es ist zweckmäßig, dass bei der Gewinnung der ersten Befestigungskenngröße aus dem zweiten Transformationssignal das Überschreiten zumindest eines ersten Schwellwertes in einem Frequenzbereich geprüft/berechnet wird, welcher von der Radharmonischen abhängig ist, insbesondere im Wesentlichen hinsichtlich seiner mittleren Frequenz und/oder hinsichtlich eines Frequenzintervalls von im Wesentlichen 1Hz um die mittlere Frequenz, und dass bei Überschreiten dieses Schwellwertes die erste Befestigungskenngröße insbesondere die Information einer mangelhaften Befestigung des Rades aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass zur Erfassung der Drehbewegungen des Rades, dem Rad ein sich mitdrehender Encoder zugeordnet ist, welcher umlaufend Maßstabsteilungen aufweist, insbesondere Nord-Südpolpaare oder Zahn-Lückenpaare,
wobei die Maßstabsteilungen jeweils einen Teilungsfehler aufweisen, mit welchem sich die jeweilige Maßstabsteilung von einer idealen, identisch gleichmäßigen Ausbildung der umlaufend, hinsichtlich des Encoders, angeordneten Maßstabsteilungen unterscheidet, wobei in der elektronischen Kontrolleinheit und/oder im Sensor die Teilungsfehler jeder Maßstabsteilung gespeichert sind, wobei
der Sensor die Drehbewegungen des Encoders erfasst und die elektronische Kontrolleinheit in Abhängigkeit von der Varianz der erfassten Maßstabsteilungen und/oder der Maßstabsteilungsfehler und/oder der Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktoren und/oder der Maßstabsteilungsübergänge, eine zweite Befestigungskenngröße berechnet und die Befestigungsinformation in Abhängigkeit der ersten und der zweiten Befestigungskenngröße gewonnen wird.
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Es ist zweckmäßig, dass die erfassten Maßstabsteilungen im Wesentlichen dem zeitlichen Abstand von Impulsen des Raddrehzahlsignals entsprechen, wobei diese Impulse im Sensor erzeugt werden bei einem erfassten Nord-Süd oder Zahn-Lücke-Übergang eines sich mit dem Rad drehenden Encoders.
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Es ist zweckmäßig, dass falls bei einer definierten Mindestanzahl von Maßstabteilungen jeweils die Varianz einen definierten Schwellwert überschreitet, die zweite Befestigungskenngröße die Information einer mangelhaften Befestigung des Rades aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass die Maßstabsteilungsfehler und/oder Maßstabsteilungskorrekturfaktoren nach dem Betätigen der Zündung des Kraftfahrzeugs und/oder nach einem jeden erfassten Stillstand des Fahrzeugs neu berechnet und gespeichert werden, insbesondere bevor eine Befestigungsinformation zum ersten Mal nach diesem Betätigen der Zündung berechnet wird.
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Es ist zweckmäßig, dass
auf das erste Transformationssignal eine erste Filterung angewandt wird und parallel eine zweite Filterung angewandt wird, wobei bei der ersten oder zweiten Filterung spektral ein zumindest von einer Radharmonischen abhängiges im Wesentlichen periodisches Radharmonischensignal herausgefiltert wird, wonach eine Differenzbildung der beiden Spektren nach der ersten und zweiten Filterung durchgeführt wird, wonach das Differenzspektrum der zweiten Zeit-Frequenz-Transformation unterzogen wird, wonach in Abhängigkeit des zweiten Transformationssignals die erste Befestigungskenngröße berechnet wird.
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Es ist bevorzugt, dass im Zuge der ersten und der zweiten Filterung spektral zumindest teilweise die Antriebsstrangsignale bezüglich der Schwingungen des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs herausgefiltert werden und/oder dass nach der ersten und zweiten Filterung und vor der Differenzbildung die gefilterten Spektren einer zeitlichen Filterung, insbesondere einer Mittelwertbildung über ein definiertes Zeit-/ Werteabfolgeintervall unterzogen werden.
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Es ist zweckmäßig, dass das Verfahren Signale und/ oder Berechnungsergebnisse nutzt, welche durch ein indirektes Reifendruckverlusterfassungsverfahren bereitgestellt werden, welches als Eingangsgrößen ein Raddrehzahlsignal und insbesondere eine Vertikalbeschleunigungssignal und/oder Longitudinalbeschleunigungssignal bezüglich des Rades und/oder Kraftfahrzeugs nutzt.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Sensoranordnung, umfassend zumindest einen Sensor, insbesondere einen Raddrehzahlsensor, welcher die Drehbewegungen eines mit einem Rad mitdrehenden Encoders erfasst und sein Raddrehzahlsignal einer elektronischen Kontrolleinheit bereitstellt,
wobei der Sensor und die elektronische Kontrolleinheit eingerichtet sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- erster und zweiter Verfahrenszweig
- 3
- Bereitstellung des Raddrehzahlsignals unter Bedingungen
- 4
- erste Zeit-Frequenz-Transformation
- 5
- Rauschunterdrückung
- 6
- zweite Zeit-Frequenz-Transformation
- 7
- Signalspitzendetektion
- 8
- Berechnung einer Befestigungskenngröße
- 9
- Berechnung von Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktoren
- 10
- Berechnung Varianz der Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktoren
- 11
- Berechnung, ob/ welche die Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktoren einen definierten Schwellwert überschreiten
- 12
- Prüfung, wie viele dieser Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktoren den definierten Grenzwert überschritten haben 12,
- 13
- Berechnung der zweiten Befestigungskenngröße
- 14
- Plausibilitätsprüfung in Abhängigkeit der ersten und zweiten Befestigungskenngrößen
- 15
- Entscheidung, ob die Gefahr eines lockeren Rades besteht/ akut ist
- 16, 18
- Filterung erster Verfahrenszweig, umfassend eine Unterdrückung eines Radharmonischensignals
- 17, 19
- Filterung zweiter Verfahrenszweig
- 20
- Differenzbildung der beiden Spektren nach der ersten und zweiten Filterung
- b
- Abstand Maßstabsteilung zu benachbarter Maßstabsteilung
- A
- Raddrehzahlsignal
- B
- erstes Transformationssignal
- C
- zweites Transformationssignal
- D
- erste Befestigungskenngröße
- E
- zweite Befestigungskenngröße
- F
- Befestigungsinformation
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Es zeigen in schematischer Darstellung
- Fig .1 zwei Beispiele eines ersten Transformationssignals, a) eines festen Rades und b) eines lockeren Rades,
- 2 zwei Beispiele eines zweiten Transformationssignals, a) eines festen Rades und b) eines lockeren Rades,
- 3 a) eine beispielhafte Sensoranordnung mit einem magnetischen Encoder und einem Raddrehzahlsensor, 3b) beispielhafte Maßstabsteilungskorrekturfaktoren für ein festes und ein lockeres Rad,
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens, bei welchem in einem ersten Verfahrenszweig eine erste Befestigungskenngröße mittels einer zweifachen Zeit-Frequenz-Transformation berechnet wird und in einem zweiten Verfahrenszweig eine zweite Befestigungskenngröße mittels der Berechnung der Varianz von Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktoren.
- 5 ein Ablaufdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels für den oben genannten ersten Verfahrenszweig, bei welchem in zwei (weiteren Unter-)Verfahrenszweigen nach einer jeweiligen ersten Zeit-Frequenz-Transformation unterschiedliche Filterungen erfolgen, wonach ein spektrales Differenzspektrum gebildet wird, welches der zweiten Zeit-Frequenz-Transformation unterzogen wird.
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Anhand der 4 ist ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, bei welchem auf zwei verschiedene Weisen eine erste und eine zweite Befestigungskenngröße berechnet werden, wonach auf Basis dieser beiden Befestigungskenngrößen die Befestigungsinformation berechnet wird. In jedem der Verfahrenszweige 1, 2, die jeweils zu einer Befestigungskenngröße führen, wird zunächst das Raddrehzahlsignal A unter bestimmten Bedingungen 3 dem Verfahren bereitgestellt, welches von der Bewegung des zugeordneten Rades abhängt. Die Bereitstellung des Raddrehzahlsignals erfolgt beispielgemäß ständig bei aktivierter Zündung und wird nur verwendet, wenn eine definierte Beschleunigung des Kraftfahrzeugs nicht überschritten wird und ein definierter Lenkwinkel betragsmäßig nicht überschritten wird.
Im ersten Verfahrenszweig 1 wird eine Befestigungskenngröße berechnet mittels einer zweifachen Zeit-Frequenz-Transformation. Dabei wird zunächst eine erste Zeit-Frequenz-Transformation 4, beispielgemäß eine Fouriertransformation, durchgeführt, wodurch ein erstes Transformationssignal B erzeugt wird, welches Informationen eines Spektrums umfasst. Das Transformationssignal B wird danach einer Rauschunterdrückung 5 unterzogen, welche insbesondere so ausgebildet ist/ durchgeführt wird, dass spektrale Schwingungssignalanteile des Antriebsstrangs beispielgemäß vor allem des Motors, herausgefiltert werden oder signifikant verringert werden.
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Danach erfolgt die zweite Zeit-Frequenz-Transformation 6, beispielgemäß ebenfalls eine Fouriertransformation, wodurch ein zweites Transformationssignal C erzeugt wird, welches ebenfalls Informationen eines Spektrums umfasst. Hiernach wird eine Signalspitzendetektion 7 durchgeführt, wodurch jeweils bei Überschreiten einer definierten Signalschwelle ein Befestigungswert ermittelt wird, wobei jeder Befestigungswert beispielgemäß eine Information einer Wahrscheinlichkeit aufweist, dass/ob das zugeordnete Rad locker/gelockert ist. In Abhängigkeit der Befestigungswerte wird die erste Befestigungskenngröße D berechnet 8. Hierzu kann noch eine zeitliche Mittelung durchgeführt werden.
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Im zweiten Verfahrenszweig wird aus dem Raddrehzahlsignal A pro sensorseitig erfasster Maßstabsteilung des mit dem Rad drehenden Encoders ein Maßstabsteilungsfehler, welcher abhängig ist von zeitlichen Abständen zwischen den Raddrehzahlimpulsen des Raddrehzahlsignals, wobei die Impulse vom Sensor jeweils aufgrund einer erfassten Maßstabsteilung erzeugt werden, bzw. ein Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktor berechnet 9, wobei dieser Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktor beispielgemäß von den zeitlichen Abständen zwischen den Raddrehzahlimpulsen des Raddrehzahlsignals unter Bereinigung oder wesentlichen Bereinigung/ Berücksichtigung der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs abhängt. Nach jedem Anfahren/ Losfahren des Kraftfahrzeuges werden die Maßstabsteilungsfehler bzw. Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktor nacheinander in der elektronischen Kontrolleinheit abgespeichert. Danach werden die aktuell erfassten und berechneten Werte der Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktoren jeweils mit diesen abgespeicherten Werten verglichen und/oder die Varianz dieser Werte berechnet 10. Danach wird geprüft bzw. berechnet, ob/ welche dieser Werte einen definierten Schwellwert überschreiten und beispielgemäß auch, wie groß die Überschreitung ist 11. Danach wird geprüft, wie viele dieser Werte den definierten Grenzwert für Maßstabsteilungsfehlerkorrekturfaktoren überschritten haben 12, wonach in Abhängigkeit der Anzahl dieser Grenzwertüberschreitungen bzw. zusätzlich in Abhängigkeit der Informationen, wie groß die jeweilige Überschreitung war, die zweite Befestigungskenngröße E berechnet wird 13.
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Danach wird in Abhängigkeit der ersten und zweiten Befestigungskenngröße D, E eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt und die Befestigungsinformation F berechnet 14, welche eine Information umfasst, ob bzw. mit welcher Wahrscheinlichkeit das zugeordnete Rad locker ist, ein zu großes Lüftspiel/ zu großen Abstand zwischen Radaufnahmen und Rad aufweist, beispielweise weil mehrere Radbolzen locker sind bzw. das Rad nicht ausreichend fixieren. Auf Basis der Befestigungsinformation F wird entschieden 15, ob die Gefahr eines lockeren Rades besteht/ akut ist, wonach eine Warnung an den Fahrer, beispielsweise über eine Warnlampe bzw. eine optische Warnung in einem Display und eine akustische Warnung erfolgt oder nicht.
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Die Verfahrensschritte 4 bis 15 werden in einer elektronischen Kontrolleinheit ECU, beispielsweise dem Bremsensteuergerät oder dem Airbagsteuergerät durchgeführt.
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Beispielhaft wird für den zweiten Verfahrenszweig 2 aus 4 eine Berechnung zum besseren Verständnis durchgeführt:
- Die Sensoranordnung besteht aus einem Polrad bzw. einem magnetischen Encoder mit N Polen bzw, Maßstabsteilungen und einem Raddrehzahlsensor, welcher den Encoder bzw. dessen Bewegungen erfasst, wie anhand von 3 a) veranschaulicht. Theoretisch hat jeder Pol bzw. jede Maßstabsteilung i zu seinen direkt benachbarten Polen bzw. Maßstabsteilungen den Abstand
wobei von Polanfang zu Polanfang bzw. von Anfang einer Maßstabsteilung zum Anfang einer benachbarten Maßstabsteilung gemessen wird und U der Gesamtumfang des Encoders ist. In der Praxis weist das Polrad bzw. der Encoder Herstellungstoleranzen auf, welche durch einen Korrekturfaktor ci beschrieben werden:
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Die Geschwindigkeit für einen Pol ergibt sich aus
und die Geschwindigkeit für eine ganze Umdrehung des Encoders aus
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Unter der Annahme, dass im Mittel ν = ν
i gilt, erhält man den Korrekturfaktor bzw. Maßstabsteilungskorrekturfaktor
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Dieser Maßstabsteilungskorrekturfaktor wird für jeden Pol i im Betrieb des Kraftfahrzeugs bestimmt, siehe beispielhaft dazu in 3 b) die Amplitude eines C-Faktors über der Zeit, und weist im Normalbetrieb ein typisches Rauschverhalten auf, siehe linker Signalbereich von 3 b). Bei einem losen Rad ist dieses Rauschen bei vielen Polrädern deutlich höher. Hierdurch wird ein loses Rad erkannt, siehe rechter Signalbereich von 3b). Eine mögliche Ausführungsform der Rauscherkennung ist die Bestimmung der Varianz. Im Beispiel erhöht sich die Varianz von 36 auf 17161.
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Die Ergebnisse der beiden Module werden beispielhaft miteinander plausibilisiert. Wenn ein loses Rad erkannt wird, wird der Fahrer informiert. Sobald das Problem behoben wurde, erkennt dies der Algorithmus und die Warnung des Fahrers wird wieder deaktiviert.
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Anhand der 5 ist ein Alternativbeispiel für Verfahrenszweig 1 in 4 veranschaulicht.
Auch hier wird zunächst das Raddrehzahlsignal A unter bestimmten Bedingungen 3 dem Verfahren bereitgestellt, welches von der Bewegung des zugeordneten Rades abhängt. Die Bereitstellung des Raddrehzahlsignals erfolgt beispielgemäß ständig bei aktivierter Zündung und wird nur verwendet, wenn eine definierte Beschleunigung des Kraftfahrzeugs nicht überschritten wird und ein definierter Lenkwinkel betragsmäßig nicht überschritten wird.
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Danach wird eine erste Zeit-Frequenz-Transformation 4, beispielgemäß eine Fouriertransformation, durchgeführt, wodurch ein erstes Transformationssignal B erzeugt wird, welches Informationen eines Spektrums umfasst.
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Auf das erste Transformationssignal B wird danach in einem ersten Verfahrenszweig 1 eine erste Filterung 16, 18 angewandt und parallel in einem zweiten Verfahrenszweig 2 eine zweite Filterung 17, 19 angewandt wird, wobei bei der ersten Filterung 16 spektral ein zumindest von einer Radharmonischen abhängiges im Wesentlichen periodisches Radharmonischensignal herausgefiltert wird und zusätzlich spektral zumindest teilweise die Antriebsstrangsignale bezüglich der Schwingungen des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs herausgefiltert werden. In der zweiten Filterung 17 wird ebenfalls spektral zumindest teilweise die Antriebsstrangsignale bezüglich der Schwingungen des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs herausgefiltert, aber nicht das Radharmonischensignal. Danach wird in jedem dieser Zweige eine beispielgemäß unterschiedliche zeitlichen Filterung 18, 19, insbesondere einer Mittelwertbildung über ein definiertes Zeit-/ Werteabfolgeintervall durchgeführt.
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Anschließend erfolgt eine Differenzbildung 20 der beiden Spektren nach der ersten und zweiten Filterung, also des ersten und zweiten Verfahrenszweiges, wonach das Differenzspektrum der zweiten Zeit-Frequenz-Transformation 6 unterzogen wird.
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Danach wird in Abhängigkeit des zweiten Transformationssignals C eine Signalspitzendetektion 7 durchgeführt, wodurch jeweils bei Überschreiten einer definierten Signalschwelle ein Befestigungswert ermittelt wird, wobei jeder Befestigungswert beispielgemäß eine Information einer Wahrscheinlichkeit aufweist, dass/ob das zugeordnete Rad locker/gelockert ist. In Abhängigkeit der Befestigungswerte wird die erste Befestigungskenngröße D berechnet 8, woraus die Befestigungsinformation des entsprechenden Rades berechnet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015000998 A1 [0002]