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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs eines
Kraftfahrzeugs, der mindestens zwei jeweils mittels einer Wellenantriebsvorrichtung
antreibbare Wellen aufweist, wobei ein Gesamtantriebsmoment des
Kraftfahrzeugs im Wesentlichen der Summe von an den Wellen anliegenden Wellenmomenten
entspricht. Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebsvorrichtung
und ein elektronisches Steuergerät.
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Stand der Technik
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Verfahren
der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Sie werden beispielsweise bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen eingesetzt,
bei welchen mit Rädern des Kraftfahrzeugs verbundene Wellen über
einen mit den Rädern in Verbindung stehenden Untergrund
gekoppelt sind. Bei dieser Art von Kraftfahrzeugen kann auf ein
Verteilergetriebe, beispielsweise ein Zentraldifferential oder Achsdifferential,
verzichtet werden. Üblicherweise ist den einzelnen Wellen
jeweils eine Wellenantriebsvorrichtung zugeordnet, mittels der sie
antreibbar sind. Das Gesamtantriebsmoment des Kraftfahrzeugs wird
von den Wellenantriebsvorrichtungen auf die Wellen aufgeprägt,
sodass das Gesamtantriebsmoment im Wesentlichen der Summe der einzelnen
Wellenmomente entspricht. Folglich muss eine Steuerung und/oder
Regelung realisiert sein, welche das gewünschte Gesamtantriebsmoment
des Kraftfahrzeugs auf die einzelnen Wellenmomente aufteilt. Beispielsweise
ist in der
DE
10 2004 049 324 A1 ein Verfahren zur Steuerung und Regelung
der Fahrdynamik bei Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb offenbart.
Dieses Verfahren soll für Antriebe mit mindestens einer
elektrischen Maschine und einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.
Dabei wird ein Gesamtantriebsmoment so auf die elektrische Maschine
und die Brennkraftmaschine aufgeteilt, dass in Summe das von dem
Fahrer gewünschte Sollantriebsmoment erzeugt wird.
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Gleichzeitig
soll ein Giermoment und damit ein Eigenlenkverhalten des Kraftfahrzeugs
beeinflusst werden. Dabei sind auch Lenkeingriffe vorgesehen. Es
wird ein Verteilungsgrad berechnet, der dem Verhältnis
der Momente der mindestens einen elektrischen Maschine zu dem Gesamtantriebsmoment
entspricht. Es werden also die Momente der elektrischen Maschine
und der Brennkraftmaschine festgelegt und an diese weitergeleitet.
In bestimmten Betriebssituationen des Antriebs, beispielsweise bei Ausfall
der Brennkraftmaschine und/oder der elektrischen Maschine, kann
es somit zu Beeinträchtigungen der Betriebssicherheit des
Kraftfahrzeugs kommen, da beispielsweise ein Teil eines Antriebs-
oder Bremsmoments entfällt und sich das Gesamtantriebsmoment
verändert.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber
weist das Verfahren zum Betreiben eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs
mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen den Vorteil auf, dass
die genannte Beeinträchtigung der Betriebssicherheit des
Kraftfahrzeugs verhindert wird, indem gefährliche Änderungen
des Gesamtantriebsmoments vermieden werden. Dies wird erreicht,
indem eine Größe und/oder eine Änderung
der Größe eines der Wellenmomente bei einer Steuerung
und/oder Regelung der übrigen Wellenmomente berücksichtigt wird.
Die tatsächliche Größe eines der Wellenmomente
hat also Einfluss auf die Festlegung der übrigen Wellenmomente.
Diese können auch entsprechend gesteuert und/oder geregelt
werden, sobald eine Änderung der Größe
eines der Wellenmomente festgestellt wird. Der Antrieb des Kraftfahrzeugs weist
mindestens zwei antreibbare Wellen auf. Beispielsweise können
also Vorder- und Hinterachse getrennt mittels jeweils einer Wellenantriebsvorrichtung angetrieben
werden, dabei können Vorder- und Hinterachse jeweils ein
Achsdifferential aufweisen, oder auch jedes Rad des Kraftfahrzeugs
mit einer eigenen Wellenantriebsvorrichtung verbunden sein. Das
Gesamtantriebsmoment des Kraftfahrzeugs entspricht dabei im Wesentlichen
der Summe der einzelnen Wellenmomente. Auf diese Weise können
gefährliche Betriebszustände, welche zumindest
auf einen teilweisen Ausfall einer der Wellenantriebsvorrichtungen
folgen könnten, im Wesentlichen vermieden werden. Der Ausfall
der Wellenantriebsvorrichtung verursacht eine Änderung
der Größe eines der Wellenmomente, sodass die
damit vorliegende Größe bei der Steuerung und/oder
Regelung der übrigen Wellenmomente berücksichtigt
werden kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die übrigen
Wellenmomente so eingestellt werden, dass die Änderung
der Größe des einen Wellenmoments kompensiert
wird. Es ist auch vorstellbar, dass mittels der Steuerung und/oder
Regelung das Kraftfahrzeug stabilisiert wird, sollte durch die Änderung
der Größe des einen Wellenmoments eine Instabilität
hervorgerufen worden sein. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann vorteilhaft bei Antrieben eingesetzt werden, bei welchen
die einzelnen Wellen jeweils eine Wellenantriebsvorrichtung aufweisen
und nicht miteinander verbunden sind. Es kann aber auch angewandt
werden, wenn mindestens zwei der Wellen über eine Koppelung
miteinander verbunden sind, beispielsweise über eine steuerbare
mechanische Kupplung, die als Lamellenkupplung im Sinne eines Zentraldifferentials
eingesetzt sein kann. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren für
Elektro- oder Hybridfahrzeuge mit mehreren Antriebsachsen anwendbar.
Bei letzteren wirkt meist eine aus Brennkraftmaschine, Getriebe
und eventuell elektrischer Maschine bestehende Einheit auf eine
der Wellen, während eine oder mehrere weitere Welle(n)
von elektrischen Maschinen in Verbindung mit einem Getriebe angetrieben
werden. Dabei ist Welle im Sinne von Antriebsachse zu verstehen.
Die mit der Brennkraftmaschine verbundene elektrische Maschine kann
beispielsweise ein Riemenstartergenerator sein, welcher zum Starten
der Brennkraftmaschine und als Generator betrieben wird. Das Verfahren
ist jedoch auch für Antriebe geeignet, welche mehrere gleichartige
Wellenantriebsvorrichtungen vorsehen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als zumindest eine der
Wellenantriebsvorrichtungen eine Brennkraftmaschine oder eine elektrische
Maschine oder eine Hybridantriebsvorrichtung mit zumindest zwei
unterschiedlichen Antriebsaggregaten, insbesondere einer elektrischen
und einer Brennkraftmaschine, oder eine hydraulische Maschine verwendet
wird. Die Welle kann also von Wellenantriebsvorrichtungen unterschiedlichster
Art angetrieben sein. Zumindest eine der Wellenantriebsvorrichtungen
kann in Form der Brennkraftmaschine, der elektrischen Maschine,
der Hybridantriebsvorrichtung oder der hydraulischen Maschine vorliegen. Die
Hybridantriebsvorrichtung weist dabei mindestens zwei Antriebsaggregate
auf, welche vorzugsweise unterschiedlich und beispielsweise von
der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine gebildet sind.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gesamtantriebsmoment
im Wesentlichen einem von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs und/oder
einem Fahrerassistenzsystem vorgegebenen Sollantriebsmoment entspricht.
In einem Normalbetrieb des Antriebs soll also das Gesamtantriebsmoment
auf einen Fahrerwunsch abgestimmt sein. Dieser kann das Sollantriebsmoment
beispielsweise über ein Gaspedal vorgeben. Möglich
ist auch ein Einfluss des Fahrerassistenzsystems auf das Gesamtantriebsmoment
beziehungsweise das Sollantriebsmoment. Das Fahrerassistenzsystem
kann dabei von verschiedenen elektronischen Hilfsmitteln gebildet
sein, beispielsweise einem System zum Beibehalten einer konstanten
Geschwindigkeit, einem Bremsassistenten, einem System zum Einhalten
eines bestimmten Abstandes von weiteren Kraftfahrzeugen oder einem
Stabilitätssystem. Sowohl der Fahrer des Kraftfahrzeugs
als auch das Fahrerassistenzsystem haben Einfluss auf das Sollantriebsmoment,
welches ebenso wie die Größe und/oder die Änderung
der Größe eines der Wellenmomente bei der Steuerung
und/oder Regelung der übrigen Wellenmomente berücksichtigt
wird. In dem Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs stellt die Steuerung und/oder
Regelung die Wellenmomente so ein, dass das Gesamtantriebsmoment,
welches der Summe von an den Wellen anliegenden Wellenmomenten entspricht,
gleich oder zumindest nahezu gleich dem Sollantriebsmoment ist.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Abweichen
des Gesamtantriebsmoments von dem Sollantriebsmoment aufgrund einer Limitierung
zumindest eines Wellenmoments das Abweichen des Gesamtantriebsmoments
stetig und/oder gradientenbegrenzt erfolgt. Liegt eine Limitierung
zumindest eines der Wellenmomente vor, so kann der Fall eintreten,
dass das Sollantriebsmoment aufgrund der Limitierung nicht erreicht
werden kann und das Gesamtantriebsmoment von diesem abweicht. In
diesem Fall soll das Abweichen beziehungsweise die Änderung
des Gesamtantriebsmoments stetig und/oder gradientenbegrenzt erfolgen. Die
Limitierung kann beispielsweise aufgrund von Grenzen der Wellenantriebsvorrichtung
(Leistungsgrenzen von Brennkraftmaschine oder Ladestand und/oder
Belastung und/oder Leistungsgrenzen eines Energiespeichers beziehungsweise
einer Traktionsbatterie), einer Abregelung (beispielsweise Boostabregelung,
um einen zur Verfügung stehenden Energieinhalt des Energiespeichers
beziehungsweise der Traktionsbatterie auf mehrere Boostvorgänge
zu verteilen), eines Notlaufzustands einer Wellenantriebsvorrichtung
(beispielsweise aufgrund einer Störung in einem Getriebe),
eines Schaltvorgangs in dem Getriebe oder eines Fahrdynamiksystems
vorliegen. Letzteres kann einzelne Wellen beeinflussen, beispielsweise
um ein Blockieren der Welle beziehungsweise des daran angeordneten Rads
zu vermeiden. Die Limitierung kann auch durch ein Durchdrehen beziehungsweise
Rutschen der Räder des Kraftfahrzeugs auf einem Untergrund
entstehen. In diesem Fall kann nicht ausreichend Kraft auf den Untergrund übertragen
werden, um das Sollantriebsmoment zu erreichen. Durch die Limitierung entfällt
zumindest ein Teil eines der Wellenmomente, sodass es zu einem sprunghaften
Anstieg oder Abfall des Gesamtantriebsmoments kommen kann. Um die Sicherheit
des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten soll daher das Gesamtantriebsmoment
stetig und/oder oder gradientenbegrenzt angepasst beziehungsweise
geändert werden. Das bedeutet, dass keine oder zumindest
nur geringfügige Sprünge während des Abweichens
des Gesamtantriebsmoments nach Auftreten der Limitierung erfolgen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Geschwindigkeit des Abweichens
des Gesamtantriebsmoments von dem Sollantriebsmoment über
eine Gradientenbegrenzung festgelegt ist. Das bedeutet, dass sich
beispielsweise bei einer schnellen Änderung des Sollantriebsmoments das
Gesamtantriebsmoment schnell ändern soll.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass nach einem Wegfall der
Limitierung das Gesamtantriebsmoment stetig und/oder gradientenbegrenzt
an das Sollantriebsmoment angeglichen wird. Entfällt die
Limitierung, so können die Wellenmomente mittels der Steuerung
und/oder Regelung wieder so eingestellt werden, dass ihre Summe
dem Sollantriebsmoment entspricht. Um eine sprunghafte Änderung
des Gesamtantriebsmoments, welche die Sicherheit des Kraftfahrzeugs
beeinflussen könnte, zu verhindern, wird das Gesamtantriebsmoment
stetig und/oder gradientenbegrenzt verändert. Das bedeutet,
dass die Abweichung des Gesamtantriebsmoments von dem Sollantriebsmoment
stetig und/oder gradientenbegrenzt verringert wird. Die Veränderung erfolgt
solange, bis das Gesamtantriebsmoment wieder im Wesentlichen dem
Sollantriebsmoment entspricht. Auf diese Weise hat der Fahrer des
Kraftfahrzeugs ausreichend Zeit, um sich auf die geänderten Betriebsbedingungen
einzustellen und eventuell das Sollantriebsmoment anzupassen. Das
Anpassen des Sollantriebsmoments kann in diesem Fall selbstverständlich
ebenfalls mittels des Fahrerassistenzsystems vorgenommen werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur stetigen und/oder
gradientenbegrenzten Änderung des Gesamtantriebsmoments
zumindest eine der Wellenantriebsvorrichtungen in einem Überlastbereich
und/oder in einem ungünstigen Betriebspunkt betrieben wird.
Während des Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs, also ohne
Vorliegen der Limitierung, sollen die Wellenantriebsvorrichtungen
so betrieben werden, dass weder eine Überlastung vorliegt noch
die Wellenantriebsvorrichtung in einem ungünstigen Betriebspunkt
betrieben wird. Letzterer kann beispielsweise durch einen hohen
spezifischen Kraftstoffverbrauch und/oder hohe Emissionswerte gekennzeichnet
sein. Liegt dagegen die Limitierung vor und kann aufgrund der Limitierung
zumindest eines der Wellenmomente das Sollantriebsmoment, insbesondere
ohne Überlastung beziehungsweise Vorliegen ungünstiger
Betriebspunkte, nicht erreicht werden, so kann zumindest eine der
Wellenantriebsvorrichtungen in dem Überlastbereich und/oder
dem ungünstigen Betriebspunkt betrieben werden, um die stetige
und/oder gradientenbegrenzte Änderung des Gesamtantriebsmoments
zu ermöglichen. Beispielsweise wird bei Ausfall einer der
Wellenantriebsvorrichtungen eine weitere Wellenantriebsvorrichtung mit
einer höheren Leistung betrieben, bei der lediglich ein
kurzfristiger Betrieb ohne Beschädigung der Wellenantriebsvorrichtung
möglich ist und gleichzeitig ein hoher spezifischer Kraftstoffverbrauch
vorliegt. Während des derartigen Betriebs der Wellenantriebsvorrichtung
wird das Gesamtantriebsmoment stetig und/oder gradientenbegrenzt
geändert, sodass das Gesamtantriebsmoment auf einen Wert
eingestellt wird, welcher einen Betrieb der Wellenantriebsvorrichtung
in einem dauerhaft zulässigen Bereich ermöglicht.
Auf diese Weise kann durch den kurzzeitigen Betrieb der Wellenantriebsvorrichtung
außerhalb des dauerhaft zulässigen und/oder gewünschten
Bereichs die Sicherheit des Kraftfahrzeugs deutlich erhöht
werden. Da der Betrieb der Wellenantriebsvorrichtung lediglich kurzfristig
in dem nicht gewünschten Bereich erfolgt, können
an dieser keine Beschädigungen auftreten.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur stetigen und/oder
gradientenbegrenzten Änderung des Gesamtantriebsmoments
das Gesamtantriebsmoment gefiltert und/oder entsprechend einer Rampe
verändert wird. Die Änderung des Gesamtantriebsmoments
soll sprungfrei und langsam erfolgen. Dies kann erreicht werden,
indem ein Filter verwendet wird und/oder das Gesamtantriebsmoment
entsprechend dem Verlauf der Rampe, welcher vorgegeben sein kann,
verändert wird.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Änderung
des Gesamtantriebsmoments so erfolgt, dass ein Betrag des Gesamtantriebsmoments
geringer ist als ein Betrag des Sollantriebsmoments und/oder das
Gesamtantriebsmoment gegen null läuft. Während
der Änderung des Gesamtantriebsmoments soll also dessen
absoluter Wert den des Sollantriebsmoments nicht übersteigen.
Das geänderte Gesamtantriebsmoment soll also stets zwischen
dem ursprünglichen Wert des Gesamtantriebsmoments beziehungsweise
des Sollantriebsmoments und einem Nullwert liegen. Auf diese Weise kann
es nicht zu einer für den Fahrer überraschenden
Erhöhung oder Verringerung des Gesamtantriebsmoments kommen.
Es kann daher auch vorgesehen sein, dass das Gesamtantriebsmoment
gegen null läuft. Dies kann beispielsweise bei einem besonders
schweren Fehler in einer der Wellenantriebsvorrichtungen vorgesehen
sein, um das Kraftfahrzeug sicher anzuhalten. Das bedeutet, dass
wenn sich das Fahrzeug mit positivem Gesamtantriebsmoment in einem
Zugbetrieb befindet, sich das Gesamtantriebsmoment in Richtung null
vermindern soll, sobald eine Limitierung vorliegt, um eine ungewollte
Beschleunigung des Fahrzeugs zu vermeiden. Umgekehrt soll sich bei
einem negativen Gesamtantriebsmoment, das Kraftfahrzeug befindet
sich also im Schubbetrieb, das Gesamtantriebsmoment vorzugsweise
in Richtung null verändern, sobald die Limitierung auftritt,
um ein plötzliches Verzögern zu verhindern.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Sollantriebsmoment
gefiltert ist. Das Sollantriebsmoment entspricht also nicht direkt
der Vorgabe des Fahrers des Kraftfahrzeugs, sondern ist lediglich
an dieses gekoppelt. Es ist vorgesehen, dass die Vorgabe des Fahrers
und/oder des Fahrerassistenzsystems gefiltert wird, bevor das Gesamtantriebsmoment
des Kraftfahrzeugs darauf angepasst wird. Dies soll verhindern,
dass Sprünge und/oder zu schnelle Änderungen des
Gesamtantriebsmoments des Kraftfahrzeugs auftreten können.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für zumindest
eine der Wellen ein Minimalmoment und/oder ein Maximalmoment festgelegt
wird. Der an die Welle angeschlossenen Wellenantriebsvorrichtung
wird also ein Momentenbereich vorgegeben, in welchem sie betrieben
wird. Das Wellenmoment wird derart gesteuert und/oder geregelt,
dass es größer als das Minimalmoment oder kleiner
als das Maximalmoment ist oder zwischen dem Minimalmoment und dem
Maximalmoment liegt. Das Minimalmoment und/oder das Maximalmoment kann/können
anhand des minimal und/oder maximal erreichbaren Moments der Wellenantriebsvorrichtung
bestimmt sein und/oder einen günstigen Betriebsbereich
beschreiben. Minimalmoment und/oder Maximalmoment können
also so gewählt sein, dass ein Betrieb der Wellenantriebsvorrichtung
in einem günstigen Betriebspunkt vorliegt, beispielsweise
mit einem geringen spezifischen Kraftstoffverbrauch und/oder geringer
Schadstoffabgabe. Liegt eine Limitierung vor, so kann von diesen
Idealmomenten abgewichen werden. Das bedeutet, dass das Minimalmoment
und/oder das Maximalmoment auf andere Werte eingestellt sein können.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Minimalmoment und/oder
Maximalmoment in Abhängigkeit von einem von der Wellenantriebsvorrichtung
bereitstellbaren Momentenbereich und/oder einer Abregelung einer
der Wellenantriebsvorrichtungen und/oder einem Notlauf-/Fehlerzustand
und/oder einem Schaltvorgang in einem Getriebe und/oder Werten einer
Fahrdynamikregelung eingestellt wird. Das Minimalmoment und/oder
Maximalmoment kann also auf den bereitstellbaren Momentenbereich
der Wellenantriebsvorrichtung abgestimmt sein, beziehungsweise auf
einen optimalen Momentenbereich derselben. Eine Einstellung des Minimalmoments
und/oder des Maximalmoments kann auch aufgrund einer Abregelung
einer der Wellenantriebsvorrichtungen vorgenommen werden. Die Abregelung
kann beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion oder einem ungünstigen
Betriebszustand (zum Beispiel Überhitzung) vorgesehen sein.
Die Abregelung kann auch in Form einer Boostabregelung vorgesehen
sein, um den zur Verfügung stehenden Energieinhalt des
elektrischen Energiespeichers beziehungsweise der Traktionsbatterie
auf mehrere Boostvorgänge zu verteilen. Weiterhin fließen
erkannte Notlauf-/Fehlerzustände und Schaltvorgänge in
die Werte des Minimalmoments und/oder Maximalmoments ein. Vorteilhaft
ist es auch, wenn der zulässige Momentenbereich, also der
von Minimalmoment und/oder Maximalmoment begrenzte Bereich, in Abhängigkeit
von Werten einer Fahrdynamikregelung eingestellt wird. Dies kann
vorgesehen sein, um die Stabilität des Kraftfahrzeugs zu
erhöhen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Momentenbereich
der Wellenantriebsvorrichtung in Abhängigkeit von den Antriebsaggregaten der
Hybridantriebsvorrichtung festgelegt wird. Ist als Wellenantriebsvorrichtung
die Hybridantriebsvorrichtung vorgesehen, so wird der Momentenbereich
auf die Antriebsaggregate der Hybridantriebsvorrichtung abgestimmt.
Das bedeutet, dass nicht lediglich eines der Antriebsaggregate,
sondern die Gesamtheit betrachtet wird. Beispielsweise erfolgt die
Festlegung des Momentenbereichs auf einen Momentenbereich, welcher
von einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine definiert
ist.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Betrieb der Wellenantriebsvorrichtung
in einem Überlastbereich und/oder in einem ungünstigen Betriebspunkt
mittels Anpassen des Minimalmoments und/oder Maximalmoments zugelassen
wird. In dem Normalbetrieb sind Minimalmoment und/oder Maximalmoment
so festgelegt, dass der Betrieb in dem Überlastbereich
und/oder dem ungünstigen Betriebspunkt nicht zugelassen
ist. Sollte sich beispielsweise aufgrund der Limitierung die Notwendigkeit
ergeben, zumindest eine der Wellenantriebsvorrichtungen in dem Überlastbereich
und/oder dem ungünstigen Betriebspunkt zu betreiben, so
wird das Minimalmoment und/oder das Maximalmoment entsprechend angepasst,
sodass der Wellenantriebsvorrichtung der Betrieb in dem entsprechenden
Bereich erlaubt ist.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei der Steuerung und/oder
Regelung der übrigen Wellenmomente eine Trägheit
bewegter Elemente, insbesondere der Wellen und/oder von den Wellen
zugeordneten Rädern und/oder der Antriebsaggregate, berücksichtigt
wird. Bei einer Beschleunigung, beispielsweise einer Drehbeschleunigung,
insbesondere der Wellen, wird ein Anteil des erzeugten Wellenmoments
benötigt, um die träge Masse der rotierenden Welle
zu beschleunigen. Dies gilt äquivalent ebenso für
eine Verzögerung der Welle. Dies bedeutet, dass das Gesamtantriebsmoment
um diesen Anteil verringert ist. Eine hohe Drehbeschleunigung kann
auftreten, wenn ein Fahrdynamiksystem oder ein Schaltvorgang des
Getriebes das Minimal- oder Maximalmoment einer der Wellen beeinflussen.
Der Anteil, um welchen das Gesamtantriebsmoment verringert ist,
soll nun nicht bei der Steuerung und/oder Regelung der übrigen
Wellenmomente berücksichtigt werden, da er effektiv nicht
dem Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht. Dabei
wird insbesondere auf den Anteil abgestellt, welcher an den dem einen
Wellenmoment zuzuordnenden Elementen vorliegt.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trägheit
berücksichtigt wird, indem ein Tiefpassfilter verwendet
wird und/oder die Beschleunigung und die Trägheit der bewegten
Elemente ermittelt werden. Um die vorstehend beschriebene Trägheit
auszugleichen, kann in einer einfach zu realisierenden Umsetzung
ein Tiefpassfilter verwendet werden. Dieser kann auf die zur Steuerung
und/oder Regelung verwendeten Größen, wie beispielsweise
die Größe und/oder die Änderung der Größe
und/oder während der Steuerung und/oder Regelung berechneten
Zwischenwerte, angewandt werden, um die Dynamik eines Steuerungs-
und/oder Regelungssystems zu reduzieren. Alternativ können
die Beschleunigungen, insbesondere Drehbeschleunigungen, und die
Trägheitsmomente, beispielsweise der Wellen und/oder von
den Wellen zugeordneten Rädern und/oder der Antriebsaggregate,
ermittelt werden. Basierend auf diesen Werten kann eine exakte Korrektur
um den Drehmomentanteil, welcher durch die Beschleunigung und/oder
Verzögerung nicht zur Verfügung steht, vorgenommen
werden.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs,
insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den
vorstehenden Ausführungen, mit mindestens zwei jeweils
mittels einer Wellenantriebsvorrichtung antreibbaren Wellen, wobei
ein Gesamtantriebsmoment des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen der
Summe von an den Wellen anliegenden Wellenmomenten entspricht. Dabei
ist vorgesehen, dass aufgrund einer Größe und/oder Änderung
der Größe eines der Wellenmomente eine Steuerung
und/oder Regelung der übrigen Wellenmomente erfolgt. Die
Antriebsvorrichtung weist dabei zumindest zwei unterschiedliche
oder gleichartige Antriebsaggregate auf. Die Antriebsvorrichtung
kann beispielsweise eine Hybridantriebsvorrichtung mit mindestens
zwei unterschiedlichen Antriebsaggregaten sein. Vorteilhaft ist
es dabei, wenn zumindest eine elektrische Maschine und zumindest eine
Brennkraftmaschine der Hybridantriebsvorrichtung zugeordnet sind.
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Die
Erfindung umfasst weiter ein elektronisches Steuergerät,
insbesondere zur Durchführung des Verfahrens und/oder zur
Steuerung einer Antriebsvorrichtung gemäß den
vorstehenden Ausführungen, zur Steuerung und/oder Regelung
von Wellenmomenten der mindestens zwei jeweils mittels einer Wellenantriebsvorrichtung
antreibbaren Wellen, wobei ein Gesamtantriebsmoment des Kraftfahrzeugs
im Wesentlichen der Summe von and den Wellen anliegenden Wellenmomenten
entspricht. Es ist vorgesehen, dass eine Größe
und/oder Änderung der Größe eines der
Wellenmomente bei der Steuerung und/oder Regelung der übrigen
Wellenmomente berücksichtigt wird. Das Steuergerät
dient somit zur Umsetzung des beschriebenen Verfahrens und/oder der
Regelung/Steuerung der Antriebsvorrichtung. Diese kann als Hybridantriebsvorrichtung
ausgeführt sein und beispielsweise, wie bereits angeführt,
zumindest eine Brennkraftmaschine und zumindest eine elektrische
Maschine, aufweisen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert,
ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
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1 die
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Antrieb
und mit zwei mittels Wellenantriebsvorrichtungen antreibbaren Wellen, und
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2 ein
Schema, das die Koordination von an den Wellen anliegenden Wellenmomenten
beschreibt.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit
einem Antrieb 2 der mittels einer ersten Wellenantriebsvorrichtung 3 eine erste
Welle 4 und darüber Räder 5 antreibt
sowie einer zweiten Wellenantriebsvorrichtung 6, die über eine
Welle 7 Räder 8 antreibt. Die erste Wellenantriebsvorrichtung 3 weist
eine elektrische Maschine 9, eine Brennkraftmaschine 10 und
ein Getriebe 11 auf. Die elektrische Maschine 9 und
die Brennkraftmaschine 10 sind über geeignete
Mittel miteinander gekoppelt. Die Einheit aus elektrischer Maschine 9 und
Brennkraftmaschine 10 ist über eine Kupplung 12 mit
dem Getriebe 11 verbunden, welches eine Drehzahl- beziehungsweise
Momentenübersetzung vornimmt und auf seiner Ausgangsseite
mit der Welle 4 wirkverbunden ist. Die Welle 4 ist
also über die Kombination der elektrischen Maschine 9 und
der Brennkraftmaschine 10 antreibbar. Die zweite Wellenantriebsvorrichtung 6 weist
eine elektrische Maschine 13 auf, die über eine
Kupplung 14 mit einem als einfache Übersetzung 15 ausgebildeten
Getriebe 16 mit der Welle 7 verbunden ist. Die
Welle 7 ist somit über die elektrische Maschine 13 antreibbar.
Die elektrische Maschine 13 ist weiterhin über
eine Leistungselektronik 17 an eine als Energiespeicher 18 dienende
Traktionsbatterie 19 angeschlossen. Es kann festgehalten
werden, dass die erste Wellenantriebsvorrichtung 3, die über
die elektrische Maschine 9 und die Brennkraftmaschine 10 verfügt,
eine Hybridantriebsvorrichtung 20 darstellt. Die Räder 5 und 8 stehen
mit einem nicht dargestellten Untergrund in Verbindung, auf welchem
sich das Kraftfahrzeug 1 fortbewegen kann. Die Räder 5 und 8 beziehungsweise
die erste Wellenantriebsvorrichtung 3 und die zweite Wellenantriebsvorrichtung 6 stehen
somit über diesen Untergrund miteinander in Wirkverbindung.
Das bedeutet, dass sich die von der ersten und der zweiten Wellenantriebsvorrichtung 3 und 6 erzeugten
Wellenmomente zu dem Gesamtantriebsmoment des Kraftfahrzeugs 1 summieren.
Dabei können die Wellenmomente jeweils positiv oder negativ
sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, das Kraftfahrzeug 1 mittels
der Brennkraftmaschine 10 anzutreiben, während
die elektrische Maschine 13 in einem Generatormodus betrieben
wird und somit die Traktionsbatterie 19 auflädt.
Die elektrische Maschine 9 ist als Riemenstartergenerator 21 ausgelegt. Über
diesen kann die Brennkraftmaschine 10 gestartet werden
und während eines Betriebs der Brennkraftmaschine 10 Strom
für ein nicht dargestelltes Bordnetz des Kraftfahrzeugs 1 erzeugt
werden. Die Summe der auf die beiden Räder 5 aufgebrachten
Momente entspricht dem von der ersten Wellenantriebsvorrichtung 3 erzeugten
Wellenmoment, die Summe der auf die beiden Räder 8 aufgebrachten Momente
dem von der zweiten Wellenantriebsvorrichtung 6 erzeugten
Wellenmoment. Die Getriebe 11 und 16 enthalten
nicht dargestellte Achsdifferentiale. In den meisten Fahrsituationen
wird das Wellenmoment jeweils zur Hälfte auf die beiden
Räder aufgeteilt, auch bei unterschiedlichen Raddrehzahlen.
Eine davon abweichende Aufteilung kann sich ergeben, falls das Achsdifferential
eine Sperrwirkung aufweist. Alternativ können anstatt der
elektrischen Maschine 13 zwei einzelne elektrische Maschinen
eingesetzt werden, von denen jede eines der Räder 8 antreibt. Ein
von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 oder einem nicht
dargestellten Fahrerassistenzsystem vorgegebenes, aus Komfortgründen
eventuell gefiltertes Sollantriebsmoment wird auf die Wellenmomente
der beiden Wellen 4 und 7 aufgeteilt.
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Die 2 zeigt
ein Schema, das die Koordination der an den Wellen 4 und 7 anliegenden
Wellenmomente veranschaulicht. An einem Eingang 22 einer
Berechnungseinheit 23 wird ein Sollantriebsmoment Msoll vorgegeben. Dieses ist beispielsweise abhängig
von einem Wunsch des Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 oder
dem Fahrerassistenzsystem. Die Berechnungseinheit 23 teilt
das Sollantriebsmoment in Wellensollmomente MA1,soll und
MA2,soll auf. Ersteres wird an einem ersten
Ausgang 25, letzteres an einem zweiten Ausgang 24 der
Berechnungseinheit 23 zur Verfügung gestellt.
Die beiden Werte MA1,soll und MA2,Soll dienen
als Eingangsgröße einer Begrenzereinheit 26.
Dieser werden an einem Eingang 27 eine Größe
MA1,min (Minimalmoment der Welle 4 beziehungsweise
der Wellenantriebsvorrichtung 3), an einem Eingang 28 ein Moment
MA1,max (Maximalmoment der Welle 4 beziehungsweise
der Wellenantriebsvorrichtung 3), an einem Eingang 29 ein
Moment MA2,min (Minimalmoment der Welle 7 beziehungsweise
der Wellenantriebsvorrichtung 6) und an einem Eingang 30 ein
Moment MA2,max (Maximalmoment der Welle 7 beziehungsweise
der Wellenantriebsvorrichtung 6) zur Verfügung
gestellt. Die Begrenzereinheit 26 weist einen ersten Begrenzer 31, einen
zweiten Begrenzer 32 und einen dritten Begrenzer 33 auf.
Die Eingänge 27 und 28 sind an den ersten
Begrenzer 31, die Eingänge 29 und 30 jeweils an
den zweiten und den dritten Begrenzer 32 und 33 angeschlossen.
Der zweite Ausgang 24 der Berechnungseinheit 23 ist
an den zweiten Begrenzer 32 angeschlossen. Das dort anliegende
Signal MA2,soll wird daher mit den an den
Eingängen 29 und 30 anliegenden Signalen
MA2,min und MA2,max limitiert.
An einem Ausgang 34 des zweiten Begrenzers liegt daher
ein limitiertes Moment zwischen (einschließlich) MA2,min und MA2,max vor.
An einem Knoten 35 wird eine Differenz zwischen diesem
limitierten Moment und dem Moment MA2,soll berechnet.
An einem weiteren Knoten 36 wird diese berechnete Differenz
zu dem an dem ersten Ausgang 25 der Berechnungseinheit 23 anliegenden
Moment MA1,soll hinzuaddiert. Das Ergebnis dieser
Addition liegt an dem Eingang 37 des ersten Begrenzers 31 an.
Die Knoten 35 und 36 bilden eine erste Querverbindung 38.
Diese dient auf die beschriebene Weise dazu, die Differenz zwischen
dem Eingangs- und Ausgangsmoments des zweiten Begrenzers 32 dem
an dem ersten Ausgang 25 der Berechnungseinheit 23 anliegenden
Moment hinzuzuaddieren. Der erste Begrenzer 31 limitiert
den durch die Addition entstandenen Wert, der an dem Eingang 37 anliegt,
mit den an den Eingängen 27 und 28 anliegenden
Werten MA1,min und MA1,max.
Das Ergebnis dieser Limitierung wird an dem Ausgang 39 ausgegeben.
An einem Knoten 40 wird, analog zu dem Knoten 35,
eine Differenz zwischen dem Ein- und Ausgangssignal des ersten Begrenzers 31,
also den an dem Eingang 37 und dem Ausgang 39 vorliegenden Werten,
berechnet. Diese Differenz wird an einem Knoten 41 dem
an dem Ausgang 34 vorliegenden Moment hinzuaddiert. Die
Knoten 40 und 41 stellen eine weitere Querverbindung 42 dar.
Das durch die Addition an dem Knoten 41 entstandene Signal
wird an dem Eingang 43 als Eingangssignal des dritten Begrenzers 33 verwendet.
An diesem liegen auch die an den Eingängen 29 und 30 anliegenden
Signale MA2,min und MA2,max an.
Der Begrenzer 33 limitiert das an dem Eingang 43 vorliegende
Signal mit den beiden letztgenannten Werten. Der limitierte Wert
liegt an dem Ausgang 44 vor. Das an dem Ausgang 39 vorliegende
Signal wird als MA1,soll,lim und das an
Ausgang 44 vorliegende Signal als MA2,soll,lim bezeichnet. Diese
stellen Ausgangssignale der Begrenzereinheit 26 dar. Die
Wellensollmomente MA1,soll und MA2,soll werden also in den Begrenzern 31, 32 und 33 mit
den jeweiligen Minimalmomenten MA1,min und
MA2,min sowie den Maximalmomenten MA1,max und MA2,max limitiert. Die
Querverbindungen 38 und 42 sorgen dafür,
dass der an einer Welle nicht darstellbare Momentenanteil (Differenz
zwischen dem unlimitierten und dem limitierten Wellensollmoment)
auf die jeweils andere Welle umgelagert wird. Der Ausgang 39 des
ersten Begrenzers 31 ist an eine Berechnungseinheit 45 angeschlossen.
Die Minimal-/Maximalmomente MA1,min, MA2,min, MA1,max,
MA2,max werden anhand von von den Wellenantriebsvorrichtungen 3 und 6 bereitstellbaren Momentenbereichen,
Abregelungen, Notlauf-/Fehlerzuständen der Wellenantriebsvorrichtungen 3 und 6,
Schaltvorgängen in den Getrieben 11 und 16 sowie von
Fahrdynamiksystemen bestimmt. Dabei sind Übersetzungen
der Getriebe 11 und 16 zu beachten. Bei mehreren
Antriebsaggregaten einer Wellenantriebsvorrichtung 3, 6 sind
die einzelnen Aggregatgrenzen zusammenzufassen, also beispielsweise sowohl
ein Momentbereich der elektrischen Maschine 9 als auch
der Brennkraftmaschine 10 zu berücksichtigen.
Fällt zum Beispiel die elektrische Maschine 13 der
zweiten Wellenantriebsvorrichtung 6 infolge eines Fehlerzustandes
plötzlich aus, so springen das Minimalmoment MA2,min und
das Maximalmoment MA2,max der zweiten Wellenantriebsvorrichtung 6 auf Null
oder auf das beim Drehen der Wellenantriebsvorrichtungen 6 entstehende
Reib- beziehungsweise Verlustmoment. Die Querverbindung 38 weist
dann einen an der zweiten Wellenantriebsvorrichtung 6 nicht
darstellbaren Momentenanteil der ersten Wellenantriebsvorrichtung 3 zu.
Die Berechnungseinheit 45 teilt das limitierte Wellensollmoment
MA1,soll,lim in Momente MBKM,1 und
Mel,1 auf. Ersteres stellt ein Moment der
Brennkraftmaschine 10, letzteres ein Moment der elektrischen
Maschine 9 dar. Dabei berücksichtigt die Berechnungseinheit 45 eine
vorliegende Übersetzung des Getriebes 11. Die
miteinander verbundenen elektrische Maschine 9 und Brennkraftmaschine 10 geben
das von ihnen erzeugte Moment an das Getriebe 11 ab. Dieses
sorgt für eine Drehzahl-/Momentenumsetzung und gibt das übersetzte Moment
an die Welle 4 beziehungsweise die Räder 5 ab.
Das aus der Umsetzung des Getriebes 11 resultierende Moment
wird als Wellenmoment MA1 bezeichnet. In
den meisten Fahrsituationen teilt sich dieses Moment MA1 gleichmäßig
auf die Räder 5 auf, sodass an beiden Rädern 5 jeweils ½ MA1 an den Untergrund übertragen
wird. Dem gegenüber wird das Signal an dem Ausgang 44 als
Eingangssignal einer Berechnungseinheit 46 verwendet. Diese
berechnet aus dem Wert MA2,soll,lim ein
Moment Mel,2, welches von der elektrischen
Maschine 13 erzeugt werden soll. Dabei wird die Übersetzung
des Getriebes 16 von der Berechnungseinheit 46 berücksichtigt.
Die elektrische Maschine 13 erzeugt somit das Moment Mel,2, welches durch das Getriebe 16 auf
das Wellenmoment MA2 umgesetzt wird. Dieses
Moment MA2 liegt an der Welle 7 beziehungsweise
den Rädern 8 an. Wie vorstehend beschrieben verteilt
sich das Moment MA2 in den meisten Fahrsituationen
des Kraftfahrzeugs 1 gleichmäßig auf
die Räder 8, sodass an beiden Rädern
jeweils das Moment ½ MA2 vorliegt.
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Im
quasistationären Betrieb, das heißt bei geringen
Drehbeschleunigungen an den rotierenden Teilen der Aggregate der
Wellenantriebsvorrichtung 3 (elektrische Maschine 9,
Brennkraftmaschine 10, Getriebe 11, Kupplung 12)
entspricht das Wellenmoment MA1 näherungsweise
dem limitierten Wellensollmoment MA1,soll,lim.
Bei hohen Drehbeschleunigungen werden Anteile der erzeugten Momente
benötigt, um die trägen Massen der rotierenden
Teile zu beschleunigen oder zu verzögern. Das Wellenmoment
MA1 weicht um diese Trägheitsanteile
vom limitierten Wellensollmoment MA1,soll,lim ab.
Entsprechendes gilt für die Wellenantriebsvorrichtung 6;
das Wellenmoment MA2 weicht bei hohen Drehbeschleunigungen
vom limitierten Wellensollmoment MA2,soll,lim ab.
Insbesondere wenn Fahrdynamiksysteme oder Schaltvorgänge
in den Getrieben 11, 16 das limitierte Wellensollmoment
MA1,soll,lim oder das limitierte Wellensollmoment
MA2,soll,lim beeinflussen, können
hohe Drehbeschleunigungen vorliegen. Zum Beispiel, wenn ein Fahrdynamiksystem
das limitierte Wellensollmoment MA1,soll,lim durch
Erhöhen der Grenze MA1,min anhebt, um
ein Blockieren der Räder 5 zu vermeiden und die rotierenden
Teile der Aggregate der Wellenantriebsvorrichtungen 3 zu
beschleunigen. Das wirksame Wellenmoment MA1 unterscheidet
sich dann von dem limitierten Wellensollmoment MA1,soll,lim um
die Trägheitsanteile. In einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels
werden entsprechende Trägheitsanteile in den Querverbindungen 38 und 42 korrigiert,
so dass nur die wirksamen Momentendifferenzen auf die jeweils andere
Welle umgelagert werden. Im einfachen Fall können dazu
die Ausgangssignale der Knoten 35 und 40 tiefpassgefiltert
werden, um die Dynamik zu reduzieren. Eine exakte Korrektur lässt
sich durch Ermitteln der Drehbeschleunigungen und der Trägheitsmomente
der rotierenden Teile erreichen. Eine ähnliche Korrektur
kann auch erfolgen, um Trägheiten der Räder oder
eine Ansteuerdynamik der Antriebsaggregate zu kompensieren.
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Über
die an den Eingängen 27, 28, 29 und 30 anliegenden
Größen kann das Verhalten der Begrenzereinheit 26 eingestellt
werden. Normalerweise sind die Momente MA1,min,
MA2,max, MA2,min,
und MA2,max so eingestellt, dass die Wellenantriebsvorrichtungen 3 und 6 sich
in einem Normalbetriebsbereich, das heißt nicht in einem Überlastbereich
und/oder in einem ungünstigen Betriebspunkt, befinden. Ändert
sich an einer Wellenantriebsvorrichtung 3 oder 6 der
Normalbetriebsbereich oder ergibt sich eine Limitierung eines der
an den Wellen 4 und 7 anliegenden Wellenmomente,
so können die Minimal- und Maximalmomente so eingestellt
werden, dass die Wellenantriebsvorrichtungen 3 und 6 zumindest
kurzfristig in einem Überlastbereich und/oder ungünstigen
Betriebspunkt betrieben werden dürfen. Auf diese Weise
kann eine plötzliche Veränderung eines Gesamtantriebsmoments
des Kraftfahrzeugs 1, welches sich aus den Wellenmomenten
MA1 und MA2 der
Wellen 4 und 7 zusammensetzt, verhindert werden.
Auf diese Weise wird die Sicherheit des Kraftfahrzeugs 1,
insbesondere bei einer vorliegenden Limitierung, erhöht.
Die Limitierung einer der Wellenantriebsvorrichtungen 3 und 6 kann
beispielsweise aufgrund von Momentenbereichen, Abregelungen, Notlaufzuständen,
Schaltvorgängen und/oder Eingaben von Fahrdynamiksystemen
vorliegen. In diesem Fall kann es vorkommen, dass das Gesamtantriebsmoment
des Kraftfahrzeugs 1, also MA =
MA1 + MA2, von dem
vorgegebenen Sollantriebsmoment MA,soll,
welches an dem Eingang 22 anliegt, abweicht. In diesem
Fall soll dafür gesorgt werden, dass das Gesamtantriebsmoment
des Kraftfahrzeugs stetig und/oder gradientenbegrenzt verändert
wird, sodass keine plötzlichen Änderungen des
Gesamtantriebsmoments auftreten können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004049324
A1 [0002]