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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum individuellen Einstellen von Fahrdynamik-Parametern und zum Anzeigen der Fahrdynamik-Parameter in einem Fahrzeug.
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Aus der
DE 10 2006 049 727 A1 ist ein Bedienkonzept zum Einstellen verschiedener Fahrdynamik-Charakteristika an einem Kraftfahrzeug, insbesondere an einem Personenkraftwagen bekannt. Dabei ist für unterschiedliche Fahrzustände ein unterschiedliches Verhalten von die Längsdynamik, Vertikaldynamik und Querdynamik des Fahrzeuges beeinflussenden Stellgliedern auswählbar. Mittels eines ersten Bedienelements ist eine oder sind mehrere definierte Einsatzart(en) für das Kraftfahrzeug auswählbar, die alleine auf ein oder mehrere Längsdynamik-Stellglied(er) Einfluss nimmt oder nehmen. Bevorzugt ist/sind die definierte(n) Einsatzart(en) ein Traktions-Modus und/oder ein Bergabfahr-Modus. Mittels eines zweiten Bedienelementes sind zumindest drei unterschiedliche Fahrdynamik-Charakteristika im Bereich zwischen Komfort und maximaler Stabilität einerseits wie Sportlichkeit und eingeschränkter Stabilität andererseits auswählbar, in denen eine Zwangskopplung zwischen Längsdynamik-Stellgliedern, Vertikaldynamik-Stellgliedern und Querdynamik-Stellgliedern vorliegt, während in zumindest einer weiteren individuell einstellbaren Fahrdynamik-Charakteristik diese genannte Zwangskopplung aufgehoben ist. Dabei können für die Auswahl der individuell einstellbaren Fahrdynamik-Charakteristik die einzelnen Stellglieder auf einem Bildschirm visualisiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum individuellen Einstellen von Fahrdynamik-Parametern und zum Anzeigen der Fahrdynamik-Parameter in einem Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Verfahren zum individuellen Einstellen von Fahrdynamik-Parametern und zum Anzeigen der Fahrdynamik-Parameter in einem Fahrzeug sieht erfindungsgemäß vor, dass
- - angezeigt wird, inwiefern ein Potenzial eines fahrzeugseitigen Systems in einem momentanen Betriebspunkt unter Berücksichtigung von Umgebungsbedingungen des Fahrzeuges genutzt wird,
- - Fahrzeugräder entsprechend ihrer momentanen Radstellung angezeigt werden,
- - eine Darstellung des Fahrzeuges basierend auf einer gewählten Gierrate dynamisch geändert wird,
- - als Fahrdynamik-Parameter eine virtuelle Nachbildung eines Sperrenverhaltens mittels Ansteuerung oder eine Agilität eingestellt wird,
- - eine Darstellung einer Schlupfkurve basierend auf einer Anzahl von Schwellwerten verändert wird und
- - Erklärungen zu Einstellmöglichkeiten und deren Auswirkungen mittels einer Steuereinheit ausgegeben werden.
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Durch Anwendung des Verfahrens erlangt ein Fahrer des Fahrzeuges im Wesentlichen fortlaufend Kenntnisse über momentan vorherrschende Umgebungs- und Fahrbedingungen und kann sein Fahrverhalten mit diesen vergleichen sowie entsprechend anpassen. Beispielsweise ist es durch die Anzeige möglich, dass der Fahrer erkennt, wie er eine Leistung des Fahrzeuges, insbesondere eine Fahrleistung, noch steigern kann.
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Der Fahrer hat die Möglichkeit, die Einstellung der Fahrdynamik-Parameter des Fahrzeuges anzupassen, indem er ein Verhältnis einer Kraftverteilung zwischen Fahrzeugachsen und/oder Fahrzeugrädern pro Fahrzeugseite bestimmt, und dem Fahrer die Kontrolle über ein Verhalten des Fahrzeuges in Bezug auf eine Fahrdynamik und ein dynamisches Fahrverhalten gibt. Beispielsweise kann der Fahrer seine mit dem Fahrzeug durchgeführten Drifts, d. h. sein Übersteuern des Fahrzeuges, analysieren und dadurch verbessern.
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Insbesondere hat der Fahrer des Fahrzeuges zwei Möglichkeiten ein Fahrzeugverhalten zu bestimmen: Zum einen besteht die Möglichkeit einer Vorgabe einer Momentenverteilung, wobei es sich um eine indirekte Vorgabe handelt, und zum anderen kann ein Gierverhalten/Schwimmwinkelverhalten des Fahrzeuges in Bezug auf eine Agilitätsausprägung direkt vorgegeben werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Anzeige wirkender Kräfte an einem jeweiligen Fahrzeugrad, E-Maschinen-Momente, eines Sperrmomentes, eines Lenkwinkels und eines Hinterachslenkwinkels,
- 2 schematisch eine Schlupfkurve,
- 3 schematisch eine Anzeige in Bezug auf einen Allradbetrieb als eingestellte Fahrdynamik-Parameter,
- 4 schematisch eine Anzeige einer Einstellung eines virtuellen E-Differenzials und
- 5 schematisch eine Anzeige von Agilitätseinstellungen.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine mögliche Anzeige A in einem Fahrzeug, bei welcher an einem jeweiligen Fahrzeugrad F1 bis F4 wirkende Kräfte bzw. ein kammscher Kreis, E-Maschinen-Momente, ein Sperrmoment, ein Lenkwinkel und ein Hinterachslenkwinkel angezeigt werden.
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Bisher ist es für einen Fahrer eines Fahrzeuges, welcher das Fahrzeug an Grenzen seiner fahrzeugtechnischen Dynamik betreibt, anhand einer Übersicht, d. h. einer Anzeige A möglich, eine Art und Weise, wie der Fahrer das Fahrzeug betreibt, zu überblicken.
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Des Weiteren ist es für einen Fahrer des Fahrzeuges derzeit kaum bis gar nicht möglich, eine Kraftverteilung zwischen den Fahrzeugrädern F1 bis F4 zu steuern bzw. ein Leistungsverhältnis zwischen Vorderachse VA und Hinterachse sowie zwischen Fahrzeugrädern F1 bis F4 pro Fahrzeugseite zu steuern. Durch eine derartige Steuerung ist der Fahrer des Fahrzeuges in der Lage, eine Fahrdynamik vollständig selbst zu bestimmen.
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Führt der Fahrer des Fahrzeuges einen sogenannten Drift durch, besteht die Möglichkeit über eine Information in Bezug auf eine Qualität dieses durchgeführten Drifts ein Drifterlebnis des Fahrzeuges zu verbessern.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum individuellen Einstellen von Fahrdynamik-Parametern und zum Anzeigen der Fahrdynamik-Parameter in einem Fahrzeug beschrieben.
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Das Verfahren dient insbesondere dazu, ein Fahrerlebnis eines sportlichen Fahrzeuges zu optimieren, insbesondere auf einer Rennstrecke. Dabei ist das Verfahren in drei Teilbereiche aufgeteilt.
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Ein erster Teilbereich befasst sich mit einer detaillierten Darstellung einer aktuellen Fahrsituation, einer aktuellen Fahrdynamik und einem Dynamikzustand des Fahrzeuges. Diese Anzeige A ermöglicht es dem Fahrer sich einen vergleichsweise guten Überblick über ein Fahrdynamikpotenzial des Fahrzeuges zu verschaffen, insbesondere dahingehend, inwieweit der Fahrer dieses Fahrdynamikpotenzial ausschöpft. Dies wird insbesondere dadurch aufgezeigt, indem ein Potenzial jedes Fahrzeugreifens F1 bis F4 mittels der in dem Fahrzeug ausgegebene Anzeige A dargestellt wird, mit welchem eine Kraft einer Antriebseinheit oder einer Bremsvorrichtung des Fahrzeuges auf eine Fahrbahn übertragen wird, insbesondere in Bezug auf einen jeweiligen Betriebspunkt. Insbesondere können Maximalkräfte gegenüber aktuell wirkender Reibkräfte dargestellt werden.
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Die in 1 dargestellte Anzeige A gibt also dem Fahrer des Fahrzeuges an, inwiefern ein Potenzial eines jeweiligen Systems im aktuellen Betriebspunkt bereits ausgenutzt wurde. Dabei werden sowohl Umgebungsbedingungen, z. B. Straßenverhältnisse und am jeweiligen Fahrzeugrad F1 bis F4 wirkende Kräfte, als auch Systemgrenzen, insbesondere in Bezug auf Momente einer E-Maschine, also einer elektrischen Antriebseinheit, einen Sperrgrad, einen Lenkradwinkel und einen Hinterachslenkwinkel, berücksichtigt.
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Mittels eines Kreises K um das jeweilige Fahrzeugrad F1 bis F4, welcher auch als Kammscher Kreis bezeichnet wird, wird eine mögliche Gesamtkraft an dem jeweiligen Fahrzeugrad F1 bis F4 dargestellt. Der jeweilige mittels eines Pfeiles P gezeigte Kraftvektor zeigt momentan auf das jeweilige Fahrzeugrad F1 bis F4 wirkende Längs- und Querkräfte einschließlich einer resultierenden Kraft und einen zeitlichen Verlauf.
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Mittels einer Farbe des jeweiligen Kreises K wird dargestellt, inwiefern ein Kraftschlusspotenzial bereits ausgenutzt wurde.
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Mittels eines Rechteckes R1, welches ein jeweiliges Fahrzeugrad F1 bis F4 einfasst, wird farblich ein Zustand des jeweiligen Fahrzeugrades F1 bis F4 angezeigt, wobei die jeweilige Farbe einen Reifenzustand V, insbesondere in Bezug auf einen Reifenverschleiß und/oder eine Temperatur, abbildet. Der Reifenzustand V wird zudem anhand einer neben dem jeweiligen Fahrzeugrad F1 bis F4 dargestellten Skala S mit prozentualer Angabe in der Anzeige A dargestellt.
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Hintere Fahrzeugräder F3, F4 können sich, sofern eine Hinterachslenkung vorhanden ist, drehen, wie in 1 gezeigt ist. Auch die vorderen Fahrzeugräder F1, F2 sind eingeschlagen dargestellt. D. h., dass sich die Fahrzeugräder F1 bis F4 je nach Lenkeinschlag in der Anzeige A drehen können.
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Ein um eine jeweilige Antriebskomponente AK abgebildetes weiteres Rechteck R2 zeigt farblich an, inwiefern die jeweilige Antriebskomponente AK bereits eine maximal mögliche Leistung liefert.
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Wenn ein Systempotential, insbesondere in Bezug auf Reibwerte, Momente der elektrischen Antriebseinheit etc., im Wesentlichen maximal ausgenutzt wird, können der jeweilige Kreis K und/oder die Rechtecke R1, R2 pulsierend abgebildet werden.
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Die in 1 dargestellte Anzeige A kann fahrzeugseitig gespeichert werden, so dass diese nach Beendigung eines Fahrbetriebes des Fahrzeuges erneut abgespielt werden kann. Gegebenenfalls kann die Anzeige A entsprechend einer Position des Fahrzeuges auf einer Rennstrecke entsprechend angepasst angezeigt werden.
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In 2 ist ein Diagramm mit einer Schlupfkurve SK dargestellt, wobei auf der Abszisse ein Radschlupfverhältnis ƛ und auf der Ordinate ein Reibwert µ abgetragen sind.
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Es ist möglich, die mittels der Pfeile P angegebenen Kraftvektoren des jeweiligen Fahrzeugrades F1 bis F4 durch Darstellung einer jeweiligen Schlupfkurve SK anzuzeigen, wobei jedes Fahrzeugrad F1 bis F4 seine eigene Schlupfkurve SK aufweist. Mit jeder der vier Schlupfkurven SK wird mittels eines Punktes und einer farblichen Kennzeichnung dargestellt, in welchem Betriebspunkt sich das jeweilige Fahrzeugrad F1 bis F4 hinsichtlich seiner Ausnutzung eines maximal möglichen Reibwertes µ momentan befindet.
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Eine Form und Größe der jeweiligen Schlupfkurve SK ist von verschiedenen Faktoren, wie Reifentyp, Reifenzustand V und Straßenverhältnis, abhängig. Je mehr ein maximal möglicher Reibwert µ ausgenutzt wird, umso mehr ändert sich eine Farbe der Schlupfkurve SK in Richtung Rot. Wird der maximal mögliche Reibwert µ ausgenutzt oder der Fahrer des Fahrzeuges betreibt dieses sogar über diesen maximal möglichen Reibwert µ hinaus, dann fängt die Schlupfkurve SK an, zu pulsieren. Denkbar ist auch, dass in einem solchen kritischen Betriebspunkt ein Symbol, beispielsweise eines Fahrzeugherstellers, eingeblendet wird.
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3 zeigt eine Anzeige A in Bezug auf einen Allradbetrieb als eingestellte Fahrdynamik-Parameter.
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Ein zweiter Teilbereich des Verfahrens befasst sich mit Einstellungen eines Antriebsstranges des Fahrzeuges. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen, die mehrere elektrische Antriebseinheiten aufweisen können, beispielsweise zum achsweisen, aber auch zum fahrzeugradweisen Antrieb, können die Art und Weise, wie eine Leistung der Antriebseinheiten verteilt wird, und ein Verhältnis zwischen diesen Leistungen bzw. Drehmomenten die Fahrdynamik des Fahrzeuges maßgeblich bestimmen.
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Gemäß dem Verfahren kann der Fahrer des Fahrzeuges selbst bestimmen, in welchem Verhältnis die Kraftverteilung zwischen Vorderachse VA und Hinterachse sowie zwischen den einzeln angetriebenen Fahrzeugrädern F1 bis F4 der Fahrzeugseiten, insbesondere bei Kurvenfahrten, erfolgt.
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Mittels eines sogenannten Stabilizers oder Balancers erfolgt eine Verschiebung eines Antriebsmomentes zwischen Vorder- und Hinterachse. Dabei dient ein Dreh-/ Schieberegler oder ein vergleichbarer Verstellmechanismus zur Momentenverteilung zwischen den beiden Achsen. Damit kann die Heckagilität beeinflusst werden. Mittels nicht gezeigter Momentenvektoren kann diese Verteilung visualisiert werden.
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Zudem können weitere Einstellmöglichkeiten berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine Sperre über eine Bremsvorrichtung an der Vorderachse VA oder der Hinterachse durch Vorgabe eines maximalen Sperrgrades erfolgen. Die Sperre kann auch über ein Differenzial an der Vorderachse VA oder der Hinterachse mit Vorgabe des maximalen Sperrgrades erfolgen.
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Generell gibt es 3 Arten eine Sperrenfunktion darzustellen:
- - 1. Sperrenfunktion über Bremsvorrichtung
- - 2. Sperrenfunktion mit Lamellenkupplung (Sperrdifferential)
- - 3. Virtuelle Sperrenfunktion mittels 2 unabhängiger E-Motoren an einer Achse.
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Eine Steuereinheit, insbesondere in Form einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), kann verschiedene Zusatzfunktionen bieten. Beispielsweise können Einstellmöglichkeiten und deren Auswirkung auf die Fahrdynamik erklärt werden. Auch kann eine Fahrtechnik empfohlen werden.
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Eine Anzeige A in Bezug von Einstellungen eines virtuellen E-Differenzials ist in 4 gezeigt.
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Weist das Differenzial eine Offenstellung auf, dann sind die Antriebsmomente, insbesondere an den beiden hinteren Fahrzeugrädern F3, F4 identisch und ein durchdrehendes Fahrzeugrad F3, F4 befindet sich kurveninnenseitig. Ein solcher Zustand wird als „One Tyre Fire“ bezeichnet.
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Bei einem sogenannten „Welder“ ist das Differenzial vollständig geschlossen, wie ein verschweißtes Differenzial. Eine Raddrehzahl eines hinteren linken Fahrzeugrades F3 entspricht einer Raddrehzahl eines hinteren rechten Fahrzeugrades F4.
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Bei einem sogenannten „Side-Kick“ wird das kurveninnere Fahrzeugrad F3, F4 nicht angetrieben, sondern sogar gebremst, so dass ein vergleichsweise starker asymmetrischer Antrieb erfolgt.
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Insbesondere ist ein Dreh-/ Schieberegler oder ein vergleichbarer Verstellmechanismus als Bedienelement für die Momentenverteilung an der Hinterachse angeordnet, wobei die Momentenverteilung mittels Momentenvektoren visualisiert werden kann. Dabei stellen die Einstellungen „One Tyre Fire“ und „Side Kick“ Extreme der Momentenverteilung dar, wobei „Welder“ eine Zwischenstufe bildet.
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Auch hierbei kann die Steuereinheit verschiedene Zusatzfunktionen bieten, so dass Einstellmöglichkeiten und deren Auswirkungen auf die Fahrdynamik sowie eine mögliche Fahrtechnik erklärt werden.
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In der in 5 gezeigten Anzeige A werden Agilitätseinstellungen dargestellt. Dabei ändert sich eine Geschwindigkeit einer Animation in Abhängigkeit einer vom Fahrer vorgenommenen Einstellung, z.B. in Bezug auf ein Gierverhalten oder ein Schwimmwinkelverhalten, über den Dreh-/Schieberegler als Bedienelement oder den vergleichbaren Verstellmechanismus als Bedienelement.
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Gemäß vorgenommener Einstellungen sind eine maximale Ausprägung eines Schwimmwinkel- und Gierverhaltens für einen Fahrbetrieb des Fahrzeuges begrenzt. Gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug als Rennwagen 1 dargestellt.
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Ein dritter Teilbereich des Verfahrens befasst sich mit einer spezifischen Fahrsituation, die als Driften bezeichnet wird. Driften ist eine Fahrtechnik, bei der der Fahrer das Fahrzeug absichtlich übersteuert, wobei ein Traktionsverlust erfolgt, während der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug behält und mittels Driften eine Kurve durchfährt. Eine gemäß des Verfahrens vorgesehene, nicht dargestellte Anzeige umfasst einen zeitlichen Verlauf aller relevanter Fahrdynamik-Parameter. Anhand von Schlüsselparametern, welche numerisch angezeigt werden, wird der Drift qualitativ bewertet.
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Hat der Fahrer mit dem Fahrzeug einen Drift durchgeführt, d. h., dass das Fahrzeug übersteuert wurde, dann werden Fahrdynamik-Parameter in Bezug auf den Drift angezeigt und bewertet.
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Insbesondere erfolgt die Bewertung anhand einer Fahrpedalstellung, eines Lenkradwinkels, einer Lenkradgeschwindigkeit und einer daraus resultierenden Fahrzeugbewegung, insbesondere in Bezug auf Gierrate ψ, Gierbeschleunigung, Schwimmwinkel und Querbeschleunigung. Dabei werden Antriebseinstellungen zusätzlich berücksichtigt.
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Basierend auf der Bewertung des durchgeführten Drifts werden Empfehlungen und Hinweise zur Verbesserung des Drifts an den Fahrer des Fahrzeuges ausgegeben.
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Eine Anzeige A der Fahrdynamik-Parameter in Bezug auf den durchgeführten Drift werden gespeichert, so dass der Fahrer, beispielsweise mittels eines Messcursors den Drift analysieren kann.
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In einer möglichen Ausführung kann der Fahrer die Anzeige A konfigurieren, wobei somit veranlasst werden kann, Messsignale ein- oder auszublenden.
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Verschiedene Kriterien des Drifts werden bewertet, woraus die Bewertung des Drifts, ein sogenannter Score, resultiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rennwagen
- A
- Anzeige
- AK
- Antriebskomponente
- F1 bis F4
- Fahrzeugrad
- K
- Kreis
- P
- Pfeil
- R1, R2
- Rechteck
- S
- Skala
- SK
- Schlupfkurve
- V
- Reifenzustand
- VA
- Vorderachse
- ƛ
- Radschlupfverhältnis
- µ
- Reibwert
- ψ̇
- Gierrate
- β
- Schräglaufwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006049727 A1 [0002]
