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Stand der
Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Überwachung
wenigstens eines Fahrzeugreifens mit Notlaufeigenschaften hinsichtlich
der Belastungen, die sich bei einem aufgetretenen Druckverlust auf
den überwachten
Reifen auswirken.
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Aus dem Stand der Technik sind Reifendruckkontrollsysteme
bekannt, die selbsttätig
eine Fehlfunktion des Reifens durch einen auftretenden Druckverlust
erkennen können.
So beschreibt die
DE 196
49 277 A1 eine fahrzeuginterne Vorrichtung zur Luftdrucküberwachung
eines Fahrzeugreifens. Die Überwachung
des Reifenluftdrucks erfolgt dabei über die Veränderung einer Energieaufnahme
einer synchron mit dem Reifen umlaufenden Einrichtung.
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Ein anderer Ansatz bei der Erkennung
eines Reifendruckverlustes zielt auf die Verringerung des Durchmessers
eines Fahrzeugreifens bei auftretendem Druckverlust ab, wie es die
DE 101 09 567 A1 zeigt.
Durch einen Vergleich der Drehgeschwindigkeiten der Räder lässt sich
dann der Reifen erkennen, bei dem eine Fehlfunktion im Sinne eines
Druckverlusts aufgetreten ist.
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Um den Fahrbetrieb auch bei einem
Reifendruckverlust zu gewährleisten,
besitzen einige Notlaufräder
Vorrichtungen, die es ermöglichen,
trotz eines plötzlichen
Luftdruckverlusts eine ausreichende Fahrzeuglenkungsmöglichkeit
zu gewährleisten. Durch
die Konstruktion dieser Stützvorrichtungen
ist es weiterhin möglich,
mit dem defekten Reifen eine ausreichende Wegstrecke zurückzulegen,
um beispielsweise die nächste Werkstatt
anfahren zu können.
Aufgrund der speziellen Konstruktion dieser Stützvorrichtungen innerhalb der
Räder ist
sowohl die damit befahrbare Wegstrecke, als auch die Fahrzeuggeschwindigkeit
begrenzt. Etwaige Überschreitungen
dieser bauartbedingten Spezifikationen machen sich in einer deutlichen
Beschädigung
des Reifens bzw. des Fahrzeugs bemerkbar und sind daher zu vermeiden.
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Vorteile der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Überwachung
wenigstens eines Fahrzeugreifens mit Notlaufeigenschaften hinsichtlich
der Belastungen, die bei einer aufgetretenen Fehlfunktion in einem
der Reifen auf den überwachten
Reifen wirken. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass
zur Überwachung
solche Belastungen erfasst werden, die einen Verschleiß des Fahrzeugreifens
hervorrufen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung sieht dabei vor, dass in der Überwachung unterschiedliche
Belastungen des Fahrzeugreifens berücksichtigt werden. So ist neben
der momentanen Belastung des Fahrzeugreifens auch eine Berücksichtigung
der maximal möglichen
Belastung des Fahrzeugreifens vorgesehen. Insbesondere bei einer Aufnahme
der beschriebenen Belastungen während einer
Fehlfunktion des Reifens kann mit Hilfe der Überwachung die Funktionsfähigkeit
des Reifens überwacht
werden. So kann in einer Fortführung
der Erfindung bei einer Aufnahme der Belastung über einen längeren Zeitraum hinweg ein
Erreichen der maximal möglichen
Belastung rechtzeitig erkannt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung berücksichtigt
als mögliche
Belastung das Restlaufvermögen
des Fahrzeugreifens nach dem Auftreten einer Fehlfunktion. Dabei
kann neben einem Druckverlust auch eine Deformation des Reifens
durch eine Wärmeentwicklung
berücksichtigt werden.
Das Restlaufvermögen
des Fahrzeugreifens ist auf Grund der Konstruktion der Notlaufvorrichtung innerhalb
des Reifens spezifiziert. Um eine maximale Restlaufstrecke des Reifens
zu ermöglichen,
erlaubt die Konstruktion des Notlaufrades lediglich die Fahrt mit
einer vorgegebenen Geschwindigkeit, beispielsweise der maximalen
Höchstgeschwindigkeit
für den Reifen.
Zusammen mit der Restlaufstrecke ergibt sich mit der vorgegebenen
Geschwindigkeit des Fahrzeugs das Restlaufvermögen des defekten Reifens.
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Werden die Spezifikationen der Notlaufräder nicht
eingehalten, so verkürzt
sich die maximal fahrbare Wegstrecke während eines Druckverlustes deutlich.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht daher zur Überwachung
eine Beeinflussung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs in Abhängigkeit
von der erfassten Belastung vor. Dabei kann die Beeinflussung des
Fahrverhaltens auf wenigstens zwei Arten geschehen. Im ersten Fall
kann durch einen direkten Eingriff der Überwachung auf die Ansteuerung
der Fahrzeugsysteme, die die Belastung des Fahrzeugreifens vermindern,
eine Verlängerung
der Restlaufstrecke des Fahrzeugreifens erreicht werden. Ebenso
ist möglich,
durch eine Information bzw. Aufforderung den Fahrer dazu zu veranlassen,
sein Fahrverhalten entsprechend den Fahrbedingungen durch den defekten
Reifen anzupassen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung
berücksichtigt
bei der Überwachung
neben der Belastung des Fahrzeugreifens wenigstens einen Schwellenwert,
der sowohl reifenspezifisch in einem Speicher abgelegt sein kann,
als auch während
des Fahrzeugbetriebs ermittelt werden kann. In einem weiteren Schritt
der Überwachung
wird ein Überschreiten
der Belastung über
den vorgegebenen Schwellenwert überwacht
und eine Beeinflussung des Fahrverhaltens in Abhängigkeit von dieser Überwachung
durchgeführt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung erfasst die Belastung eines Fahrzeugreifens in Abhängigkeit
von fahrzeugspezifischen Größen. Dabei
sind als fahrzeugspezifische Größen wenigstens
- – eine
die Temperatur repräsentierende
Größe, und/oder
- – eine
die Zuladung des Fahrzeugs repräsentierende
Größe, und/oder
- – eine
die Beschleunigung des Fahrzeugreifens repräsentierende Größe, und/oder
- – eine
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentierende Größe, und/oder
- – eine
die Bauart des Fahrzeugreifens repräsentierende Größe, und/oder
- – eine
die Getriebesteuerung repräsentierende Größe, und/oder
- – eine
die Bremsansteuerung repräsentierende Größe, und/oder
- – eine
Erholungszeit des Fahrzeugreifens vorgesehen. Dadurch lassen sich
die physikalischen Eigenschaften des Fahrzeugreifens, die aufgrund
- – von
Temperaturänderungen,
und/oder
- – von
veränderter
Auflagekraft durch die Zuladung des Fahrzeugs, und/oder
- – von
unterschiedlichen Beschleunigungen während der Fahrt, und/oder
- – vom
Fahrverhalten des Fahrers, insbesondere der Geschwindigkeit, und/oder
- – von
der besonderen Ausgestaltung der Bauart des Fahrzeugreifens bzw.
dessen Notlaufeigenschaften, und/oder
- – von
der Getriebesteuerung bzw. Ansteuerungen der im Fahrzeug vorhandenen
Steuerungs- und Regelungssystemen der Bremsanlage
berücksichtigt
werden. Dies kann über
geeignete Informationskanäle
wie beispielsweise CAN-Bus, pulsweitenmodulierte Signale oder ähnliche
Leitungen durchgeführt
werden. Auch ein Erholungseffekt des Reifens nach längerem Stillstand,
beispielsweise nach 24 Stunden, kann in die Berücksichtigung des Restlaufvermögens des
Reifens aufgenommen werden.
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Eine Fortbildung der Erfindung ermöglicht es,
dass der Fahrer des Fahrzeugs akustisch und/oder optisch über die Überwachung
informiert wird. So ist neben dem reinen Überwachungsergebnis auch eine
Information der momentanen Belastung des Fahrzeugreifens und/oder
des Restlaufvermögens
des Fahrzeugreifens möglich.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen
Merkmale möglich.
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Zeichnungen
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1 stellt
ein Blockschaltbild dar, bei dem die Überwachung der Notlaufeigenschaften
des Reifens bei Druckverlust, sowie die Beeinflussung des Fahrverhaltens
des Fahrzeugs aufgezeigt ist. Das Flussschaltbild in 2 zeigt den Ablauf bei der
Ermittlung der Belastung in Abhängigkeit
von den fahrzeugspezifischen Größen und
die Durchführung
bei der Beeinflussung des Fahrverhaltens in Abhängigkeit von der Überwachung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Das Blockschaltbild in 1 zeigt die Überwachung
des Fahrverhaltens des Fahrzeugreifens eines Fahrzeugs. Dabei wird
in den Block 105 von einem Reifendruckverlustkontrollsystem
(110) ein Flag FR (115)
eingelesen, welches das Auftreten eines Druckverlustes in einem
der Reifen anzeigt. Dabei entspricht ein gesetztes Flag FR (115), d.h. FR =
1, einem erkannten Reifendruckverlust. Durch eine detaillierte Aufnahme
kann vom System 110 auch eine genaue Bestimmung erzeugt
werden, welches der Räder
den Druckverlust aufweist. Dies kann beispielsweise durch einen
weiteren Index am Flag FR angezeigt werden
(FR1, FR
2, FR3, FR4, etc.). Zur Vereinfachung des vorgestellten
Ausführungsbeispiels
wird jedoch angenommen, dass ein bestimmter Reifen des Fahrzeugs
eine Fehlfunktion in Form von Reifendruckverlust aufweist. Zur weiteren
Bestimmung des Fahrverhaltens können
verschiedene Temperaturen aufgenommen werden. Die zugehörigen Temperatursensoren 120 können dabei
die Reifentemperatur und/oder die Außentemperatur bestimmen. Somit stehen
für die
Beschreibung des Fahrverhaltens des Reifens in einem Stressmodell
zur Berechnung des Verschleißes
des Reifens die Temperatur repräsentierenden
Größen TA bzw. TR (125)
zur Verfügung, wobei
TA, der Außentemperatur und TR der Reifentemperatur entspricht. Mit dem
System 130 wird die Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs
vcar (135) aufgenommen. Ähnlich wie
bei der Bestimmung des defekten Reifens ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel
jedoch auch hierbei möglich,
neben der resultierenden Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs vcar (135) auch die detaillierten
Radgeschwindigkeiten (v1, v2,
etc.) jedes einzelnen Rades aufzunehmen und im Stressmodell zu berücksichtigen.
Besitzt der Reifen eine Radkraft messende Sensorik (140),
so besteht die Möglichkeit,
die Längsbeschleunigung (alängs)
bzw. die Querbeschleunigung (aquer) aufzunehmen.
Diese Werte können über eine
entsprechende Informationsleitung 145 an den Block 105 eingelesen werden.
Mit dem System 150 wird der Beladungszustand des Fahrzeugs
festgestellt. Je nach Beladungsgewicht m (155) wirken auf
die Räder
unterschiedliche Lasten, so dass der Wert m (155) eine gewichtige
Größe für das Stressmodell
darstellt. Über
geeignete Informationskanäle
können
die momentanen Betriebszustände
der Bremssysteme 160, wie beispielsweise ESP, ABS, ASR,
etc. und die Getriebesteuerung 170 im Stressmodell berücksichtigt werden.
Aus einem Speicher 197 können für das Stressmodell die Spezifikationen
des Reifens eingelesen werden. Weiterhin können im Speicher 197 das aktuell
ermittelte Stressmodell sowie die bisher zurückgelegte gefahrene Strecke
abgelegt werden. Auch die Beanspruchung bzw. die Belastung des Reifens
kann abgespeichert werden, wobei eine zeitliche Aufnahme beispielsweise
der Temperatur, der Beschleunigung, der am Reifen angreifenden Kräfte und
der Geschwindigkeit denkbar ist. Somit kann der zeitliche Verlauf
der Nutzung des Reifens im Notlaufbetriebs dargestellt werden.
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Über
eine externe Einheit 199 können bei einem Reifenwechsel
und/oder bei einem Serviceaufenthalt in einer Werkstatt die reifenspezifischen Kenndaten
in den Speicher 197 geschrieben bzw. aktualisiert werden.
Ebenfalls über
die Einheit 199 ist ein Auslesen des Speichers möglich, um
die während des
Notlaufbetriebs gewonnen Daten zu Analysezwecken zu gewinnen.
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Wird eine Belastung durch das Stressmodell festgestellt,
welche die Lebensdauer und somit das Restlaufvermögen des
Reifens deutlich vermindert, können
verschiedene Maßnahmen
eingeleitet werden, die zur Sicherung des Notlaufbetriebs durchgeführt werden
können.
Eine mögliche
Maßnahme
besteht darin, dass der Fahrer des Fahrzeugs informiert wird (185).
Dies kann sowohl über
eine optische Anzeige erfolgen, die beispielsweise am Armaturenbrett die
tatsächlich
zurückgelegte
Wegstrecke ab der Erkennung des Reifendefekts anzeigt. Ebenso ist
es möglich,
von einer maximalen Restlaufstrecke die tatsächlich zurückgelegte Wegstrecke abzuziehen. Daneben
kann bei unangebrachter Fahrweise des Fahrers eine optische Information
den Fahrer über sein
Fahrverhalten informieren (180). Durch diese Information
kann der Fahrer in die Lage versetzt werden, sein Fahrverhalten
in der Hinsicht anpassen, dass unnötige Fahrsituationen bzw. Manöver, die
zu einem schnelleren Verschleiß bzw.
zu einer schnelleren Abnutzung der Notlaufeigenschaften führen können, unterbunden
werden. Neben der reinen Information des Fahrers kann jedoch auch
aktiv auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs eingegriffen werden. So
kann durch gezielte Ansteuerung des Motors (190) oder der
Steuerungs- und Regelungssysteme der Bremsanlage (195),
wie beispielsweise ESP, ABS, ASR das Fahrverhalten an den Notlaufbetrieb angepasst
werden. Durch diese Maßnahmen
ist eine optimale Ausnutzung der Notlaufeigenschaften des Reifens
im Notlaufbetrieb möglich.
Ein Wegfahren aus einer Gefahrenzone und/oder das Erreichen einer
geeigneten Werkstatt zum Wechsel des Reifens kann somit gewährleistet
werden.
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Im Flussschaltbild in 2 ist die Überwachung
des Verschleißes
eines Reifens im Notlaufbetrieb schrittweise dargestellt. Im ersten
Schritt 200 wird von dem Reifendruckverlustkontrollsystem ein Flag
FR (115) eingelesen. Mit der Kontrolle
in Schritt 205, wird überprüft, ob das
Flag FR gesetzt ist. Wie eingangs beschrieben,
repräsentiert
ein gesetztes Flag FR einen erkannten Reifendruckverlust.
Ist das Flag FR nicht gesetzt, d.h. FR = 0, so wird das Programm beendet. Bei
einem erkannten Druckverlust wird in Schritt 210 der Speicher 197 ausgelesen.
Dabei werden die Parameter sb
asic (Grunddistanz,
die mit dem Reifen laut Reifenspezifikation zurückgelegt werden kann), vmax (maximale Höchstgeschwindigkeit, die mit
dem Reifen im Notlaufbetrieb gefahren werden kann, z.B. 80 km/h),
smax (maximal zurückzulegende Strecke im Plattrollfall
bei optimalen Bedingungen, z.B. 200 km), sgef (gefahrene
Strecke seit Erkennung des Druckverlusts), t0 (Zeitpunkt
an dem das Auto zum letzten Mal bewegt wurde) eingelesen. Wird das
Fahrzeug nach dem Auftreten eines Druckverlusts nur noch eine kurze
Strecke gefahren (sgef < smax), tritt
bei nachfolgendem Stillstand des Fahrzeugs ein Erholungseffekt des
Reifens ein. Danach (zum Beispiel am nächsten Tag) kann erneut eine fast
genauso lange Strecke wieder gefahren werden. Zur Überprüfung der
Stillstandzeit wird in Schritt 215 die Zeit seit der letzten Fahrtätigkeit
anhand t0 mit einem vorgegebenen reifenspezifischen
Wert verglichen. Wird dabei festgestellt, dass das Fahrzeug nur eine
geringe Zeit nicht bewegt wurde, beispielsweise innerhalb eines
Tages, so wird in Schritt 220 der Faktor Erepeat =
1 gesetzt. Ist jedoch ein längerer
Zeitraum festgestellt worden, an dem sich das Fahrzeug nicht bewegt
hat und somit ein Erholungseffekt des Reifens eintreten konnte,
so wird in Schritt 225 der Parameter Sgef auf
0 gesetzt (Sgef = 0) und der Faktor Erepeat auf einen Wert kleiner 1 gesetzt.
Im Schritt 230 werden die aktuellen Daten des Fahrzeugs eingelesen. Dabei
handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um die Fahrzeuggeschwindigkeit
vcar (135), die Außentemperatur
TA bzw. die Reifentemperatur TA (125),
die Beladung des Fahrzeugs m (155) und die gemessenen Quer-
und Längskräfte am Reifen alängs,
aquer (145). Weiterhin werden in
Schritt 235 über geeignete
Informationskanäle
(CAN-Bus, PWM-Signal über
separate Leitung,...) weitere Systeme wie die Getriebesteuerung,
ESP, TCS, etc. abgefragt. Mit den Informationen aus den in Schritt
230 und 235 eingelesenen Daten wird in Schritt 240 ein Stressmodell entwickelt.
Dabei wird der Parameter smax in Abhängigkeit
von den eingelesenen Daten in Schritt 230 und 235 bestimmt und mit
dem Faktor Erepeat multipliziert, d.h.
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smax = f(Erepeat TA, TK, alängs, aquer,
m, sbasic, vcar)
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Durch die Berücksichtigung des Faktors Erepeat in Verbindung mit dem Zurücksetzten
des Parameters sgef wird dem Erholungseffekt
bei ausreichendem Stillstand des Reifens Rechnung getragen. In Schritt
245 wird die gefahrene Strecke seit dem Zeitpunkt des Starts des
Programms ermittelt. Die so ermittelte Strecke wird dem Wert sgef hinzuaddiert und als neuer Wert sgef im Speicher 197 abgespeichert. Mit
dem Schritt 250 wird gemäß srest = smax – Sgef das Restlaufvermögen des defekten Reifens bestimmt. Bei
der Überprüfung in
Schritt 255 wird kontrolliert, ob das Restlaufvermögen srest noch größer als ein vorgegebener Schwellwert
(SW) ist. Dieser Schwellwert stellt einen Sicherheitswert dar, der,
wenn er unterschritten wird, eine Gefährdung der Fahrstabilität und somit
der Fahrsicherheit beim Betrieb des Reifens im Notlauffall darstellt.
Wird der vorgegebene Schwellwert jedoch nicht unterschritten, so
beginnt eine neue Ermittlung des Stressmodells mit dem Einlesen
neuer Daten in Schritt 230. Bei Unterschreitung des vorgegebenen
Schwellwertes SW wird in Schritt 260 der Fahrer akustisch und/oder
optisch aufgefordert, sein Fahrverhalten im Sinne einer Verlängerung
der Restlaufstrecke zu ändern.
Auch eine Aufforderung zur Reduzierung der Zuladung ist möglich. Weiterhin kann
die Restlaufstrecke aktiv vom Fahrer beeinflusst werden, indem die
einzelnen Fahrstrecken innerhalb eines Zykluses verkürzt werden.
Unabhängig vom
Fahrer kann über
aktive Eingriffe der Überwachung
in die Regelungs- und Steuerungssysteme des Fahrzeugs die Fahrfunktion
derart beeinflusst werden, dass das Restlaufvermögen des Fahrzeugreifens verlängert wird.
Dies kann beispielsweise über
eine Geschwindigkeitsbegrenzung mittels eines Motoreingriff oder
einer Ansteuerung des Getriebes geschehen. Auch eine Modifizierung
der Ansteuerung der Bremsanlage ist denkbar. So kann eine Querkraftbegrenzung
durch eine Modifikation des ESP erreicht werden. Zur Kontrolle und
weiteren Überwachung
wird nach erfolgter Information des Fahrers bzw. erfolgter aktiver
Eingriffe in die Fahrfunktion zusätzlich weiterhin das Fahrverhalten überwacht.
Dies wird dadurch erreicht, dass eine erneute Ermittlung des Stressmodells
mit dem Schritt 230 durchgeführt
wird.
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Somit wird erreicht, dass durch die
Berücksichtigung
der fahrzeugspezifischen Größen in dem Stressmodell
die Restlaufstrecke eines Reifens mit Notlaufeigenschaften optimal
ausgenutzt wird. Weiterhin können
kritische Fahrsituationen verhindert werden, indem rechtzeitig ein
Eingriff in das Fahrverhalten initiiert wird.
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- FR
- Flag
zur Erkennung des Reifendruckverlustes
- TA
- Außentemperatur
- TR
- Reifentemperatur
- vcar
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- vmax
- maximale
Höchstgeschwindigkeit
für den Notlauffall
- aquer
- Querbeschleunigung
des Reifens
- alängs
- Längsbeschleunigung
des Reifens
- sbasic
- Basisdistanz
als spezifischer Wert für
den Reifentyp
- Sgef
- Gefahrene
Strecke ab Druckverlust
- smax
- Maximale
Strecke, die mit vorgegebener Höchstgeschwindigkeit
gefahren
-
- werden
kann
- srest
- Reststrecke,
die gefahren werden kann
- SW
- Schwellwert
- m
- Beladung
des Fahrzeugs
- t
- Laufvariable
der Zeit
- t0
- Zeitpunkt,
an dem das Auto das letzte Mal bewegt wurde
- Erepeat
- Faktor
für eine
Erholungszeit
- 110
- Reifendruckverlustkontrollsystem
- 120
- Temperaturkontrollsystem
- 130
- Aufnahme
der Fahrzeuggeschwindigkeit
- 140
- Reifen
mit Radkraft messender Sensorik
- 150
- System
zur Feststellung der Beladung
- 160
- Regelungs-
und Steuersysteme der Bremsanlage beispielsweise ESP
-
- (Elektronisches
Stabilitäts
Programm), ABS (Anti Blockier System), ASR
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- (Antriebs
Schlupf Regelung), etc
- 170
- Getriebesteuerung
- 180
- Optische
und/oder akustische Anzeige zur Information des Fahrers
- 190
- Motorsteuerung
- 195
- Ansteuerung
der Regelungs- und Steuersysteme der Bremsanlage
- 197
- Speicher
- 199
- Service,
bsp. durch routinemäßige Inspektion
in der Werkstatt