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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
eines automatisierten Schaltgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Automatisierte
Schaltgetriebe werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen
genutzt. Ein solches automatisiertes Schaltgetriebe wird dazu von
einer Steuerungsvorrichtung mittels geeigneter Aktuatoren betätigt. Hierfür bildet die
Steuerungsvorrichtung auf der Grundlage einer Bewertung von Fahrerwünschen und
des Fahrzeugverhaltens in Bezug auf motorische Eingangsgrößen Gangwechselbefehle,
und legt den Zeitpunkt für
den durchzuführenden
Gangwechsel fest.
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In
der Praxis werden beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
die Motordrehzahl, die Motorleistung, das Drehmoment oder ähnliche
Parameter, die Stellung eines Fahrpedals und gegebenenfalls von
Gangwahlbedienelementen eingelesen, und auf der Grundlage des momentanen
Zustandes oder vereinzelt auch auf der Basis der zeitlichen Entwicklung
der Parameter daraufhin überwacht,
ob ein Gangwechsel erfolgen soll. Dementsprechend kann ein Gangwechsel
stets als Strategie zur Vermeidung oder zur Abhilfe eines Mangels
in Form eines nicht optimalen Fahrgangs aufgefasst werden.
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Bei üblichen
Getriebesteuerungsvorrichtungen werden letztlich jeweils Grenzwerte überwacht, bei
deren Erreichen oder Überschreiten
eine durch die Grenzwerte und die Art derer Über- bzw. Unterschreitung eine
definierte Aktion in Form z.B. eines Gangwechsels in einen bestimmten
Gang, ausgelöst wird.
Diese Aktion wird dann bei bekannten Steuerungssystemen „sofort" – also im Sinne von unter den technischen
Gegebenheiten und im Rahmen vernünftiger
technischer Lösungen
ohne weitere Verzögerung – durchgeführt.
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Verbesserte
Varianten einer derartigen Steuerungsvorrichtung mögen eine
vorausschauendere Festlegung bzw. Vorbereitung eines anstehenden Gangwechsels
beinhalten. Dies ändert
jedoch nichts an dem grundsätzlichen
Ablauf, dass vor Einleitung einer Schaltsequenz auf der Basis der
eingelesenen Daten bei Erreichen bzw. Passieren von Schwellwerten
eine konkrete Schaltsequenz, beispielsweise ein Schalten in den
nächsthöheren Gang,
festgelegt wird. Dies geschieht bei verbesserten Getriebesteuerungsverfahren
lediglich zu einem vergleichsweise früheren Zeitpunkt und auf Grundlage
von z.B. mathematisch-technischen Modellen, die eine Prognose für in naher
Zukunft wahrscheinliche Betriebszustände ermöglichen. Auch bei solchen Verfahren
steht bei der Einleitung eines Gangwechsels stets schon fest, in
welchen Gang geschaltet werden soll.
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Obwohl
sich eine derartige Steuerung automatisierter Schaltgetriebe in
der Vergangenheit vielfach bewährt
hat, ist sie dennoch mit Mängeln
behaftet.
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So
ist ein entscheidendes Kriterium für die Wahl eines Fahrganges
oder einen durchzuführenden
Gangwechsel aktuell die abgeforderte Leistung des Fahrzeugmotors.
Diese Leistung wird bisher zumeist auf der Grundlage von Tabellen
oder Modellen der Motorsteuerung aus einer Vielzahl direkt messbarer
oder sonst wie bekannter Parameter, wie etwa der Motordrehzahl,
dem Zündwinkel,
der Kraftstoff-Einspritzmenge und dem Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt
ermittelt.
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In
Kombination mit bekannten Daten, z.B. über die Übersetzungsverhältnisse
aktuell alternativer Fahrgänge
und der Fahrzeuggeschwindigkeit, ermittelt die Steuerungsvorrichtung
des automatisierten Getriebes daraufhin einen oder mehrere Grenzwerte,
bei deren Erreichung das Schalten in einen anderen Getriebegang
Vorteile in Bezug auf jeweils definierte Zielgrößen, wie etwa den Kraftstoffverbrauch,
die Motorabnutzung, die maximale Beschleunigungsfähigkeit
oder die Schalthäufigkeit
bietet.
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Alternativ
dazu können
nach einem vereinfachten Verfahren auch wesentliche Motorparameter auf
eine Erreichung von Grenzwerten überwacht
und z.B. bei Erreichen einer Drehzahlgrenze ein entsprechender Gangwechsel
durchgeführt
werden.
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Die
tatsächlich
an den Fahrzeugrädern
benötigte
Leistung unter Einbeziehung des tatsächlichen Fahrzeuggewichtes,
der Steigung, der Rollwiderstände
und des Luftwiderstandes wird bei den vorstehend beschriebenen Verfahren
allenfalls auf umständliche,
rechenintensive und fehlerbehaftete Weise ermittelt bzw. berücksichtigt.
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Dies
ist insbesondere bei Fahrzeugen für den Gütertransport besonders relevant,
da sich bei diesen die Zuladung und damit der aktuelle Leistungsbedarf
in Abhängigkeit
von der Fahrbahnsteigung und dem Rollwiderstand stark ändert, sowie gleichzeitig
ein relativ großer
Luftwiderstand in Verbindung mit der auf das Fahrzeug aktuell wirkenden Windgeschwindigkeit
und Windrichtung einen erheblichen Einfluss auf einen optimalen
Gangwechsel ausüben
kann.
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So
kann es bei bisherigen Getriebesteuerungen vorkommen, dass beispielsweise
bei einem schwer beladenen Lastkraftwagen an einer Steigung mit
dem Erreichen einer bestimmten Drehzahlgrenze oder anderer Parameter
ein Schalten in den nächsthöheren Gang
ausgelöst
wird. Durch die bei fast allen Getriebearten beim Gangwechsel unvermeidliche Zugkraftunterbrechung
kann der zuvor festgelegte Zielgang aufgrund einer zwischenzeitlich
erheblich verlangsamten Fahrgeschwindigkeit nicht mehr optimal und
die Beschleunigungsfähigkeit
des Fahrzeugs aufgrund der sich ergebenden geringen Motordrehzahl
sehr gering sein.
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In
sehr ungünstigen
Betriebssituationen kann es insbesondere im Baustellenverkehr oder
an steilen Rampen vorkommen, dass der Zielgang entweder gar nicht
mehr eingelegt werden kann, da z.B. die minimale Drehzahl des Antriebsmotors
unterschritten würde,
oder dass die durch den Antriebsmotor im Zielgang bereitstellbare
Leistung nicht ausreicht, um die Geschwindigkeit des Lastkraftwagens wenigstens
zu halten. In diesen Fällen
erfolgt entweder ein sofortiger erneuter Gangwechsel oder ein Abbruch
des Schaltvorganges mit einer entsprechend verlängerten Zugkraftunterbrechung.
In beiden Fällen
kann es insbesondere an steilen Rampen und bei hoher Beladung vorkommen,
dass eine Rückschaltung
in den ursprünglichen
Gang zu diesem Zeitpunkt nicht mehr ausreichend ist.
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Im
günstigsten
Fall wird dies durch die Getriebesteuerungseinheit erkannt und von
Beginn an um wenigstens zwei Gänge
zurückgeschaltet.
Im ungünstigsten
Fall erfolgt ein erneuter Schaltversuch, der aufgrund der zwischenzeitlich
eingetretenen weiteren Verlangsamung des Fahrzeugs wiederum abgebrochen
werden muss, und letztlich das Fahrzeug bis zum Stillstand abbremsen
oder sogar zurückrollen
fassen kann. Ein dann durchzuführendes
Anfahren unter voller Beladung an einer steilen Rampe ist auch für moderne
und robuste Kupplungen mit einem erheblichen und kostspieligen Verschleiß verbunden.
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Zur
Vermeidung dieser Problematik wurden bisher hauptsächlich so
genannte Patch-Lösungen vorgeschlagen,
die entweder mit Hilfe von häufig kostspieligen
weiteren Sensoren für
die Erfassung der Beladung und der Fahrbahnsteigung in bestimmten
Fällen
ein abgewandeltes Schaltverhalten erzwingen, oder auf ein rechtzeitiges
manuelles Eingreifen des Fahrers angewiesen sind, indem dieser beispielsweise
manuell ein Schalten in einen höheren
Gang unterbindet.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Steuerungsverfahren für ein
automatisiertes Schaltgetriebe vorzustellen, mit dem auf einfache
Weise eine Berücksichtigung
der tatsächlich
für eine
Konstanthaltung der Fahrgeschwindigkeit benötigten Antriebsleistung für die Ermitt lung
des zu wählenden
Ganges herangezogen wird. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe
zu Grunde, die Auswahl eines Zielganges zeitlich von einer Auslösung eines
Gangwechsels zu entkoppeln, und so eine höhere Flexibilität sowie
eine zeitnähere
und damit sachgerechtere Auswahl eines Zielganges zu ermöglichen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs,
während
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den
Unteransprüchen
entnehmbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die zur Konstanthaltung
der Fahrzeuggeschwindigkeit benötigte
Antriebsleistung auf einfache Weise ausreichend genau ermitteln
lässt,
wenn die Leistung des Antriebsmotors definiert verringert oder auf
den Wert Null reduziert und die resultierende Geschwindigkeitsänderung
des Fahrzeugs ermittelt wird.
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Diese
zur Konstanthaltung der Fahrgeschwindigkeit benötigte Leistung wird im Folgenden auch
kurz als so genannte „Konstantleistung" bezeichnet und ist
eine fahrwiderstandsproportionale Größe. Diese Konstantleistung
ermöglicht
eine sachgerechtere sowie zeitlich spätere Auswahl eines einzulegenden
Zielgangs und ermöglicht
so ein gemäß den gewählten Zielgrößen optimiertes
Schaltverhalten.
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Diese
Konstantleistung braucht dabei keine Leistung im physikalischen
Sinne zu sein, sondern lediglich in einem bekannten und möglichst
einfachen Verhältnis
zu der physikalisch benötigten
Leistung zur Konstanthaltung der Geschwindigkeit zu stehen. An Stelle
einer ermittelten Arbeit pro Zeiteinheit kann beispielsweise auch
eine Arbeit je Streckeneinheit ermittelt werden, die aufgrund der
bekannten Fahrgeschwindigkeit entweder leicht in eine Arbeit pro Zeiteinheit
umgerechnet oder in einem entsprechenden Programm auch direkt verarbeitet
werden kann. Daneben sind auch weitere Parametrisierungen der Konstantleistung
denkbar, denen jedoch gemein ist, dass ihnen die Geschwindigkeitsabnahme
des Fahrzeugs in Folge einer definierten Verringerung der Antriebsleistung
und die Einwirkung des aktuellen Fahrwiderstandes zu Grunde liegt.
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Demnach
geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Schaltgetriebes,
bei dem eine Getriebesteuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche
auf der Grundlage von Eingangssignalen an geeignete Aktuatoren Stellsignale
ausgibt, die eine Schaltsequenz des automatisierten Schaltgetriebes
auslösen.
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Zur
eindeutigen Bestimmung des beanspruchten Schutzumfanges sollen im
Folgenden einige für
die Beschreibung der Erfindung zentrale Begriffe näher bestimmt
werden:
Die vorstehend erwähnten
Aktuatoren umfassen neben den direkt an der Einstellung des Übersetzungsverhältnisses
des automatisierten Schaltgetriebes beteiligten Aktuatoren zumeist
auch weitere Aktuatoren, mit deren Hilfe eine Drehmomentübertragung zwischen
dem Antriebsmotor und den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs gesteuert
werden kann, sowie Aktuatoren, welche die Leistungsabgabe des Antriebsmotors
gezielt verändern
können.
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Es
ist dabei im Rahmen dieser Erläuterungen
unerheblich, ob beispielsweise ein Kupplungsaktuator für eine Reibkupplung
zwischen Antriebsmaschine und automatisiertem Schaltgetriebe direkt durch
ein Signal der Getriebesteuerungseinrichtung angesteuert wird, oder
diese lediglich ein Signal an eine weitere Steuerungseinrichtung
ausgibt, welche dieses Signal umwandelt sowie gegebenenfalls mit Hilfe
weiterer Eingangsgrößen aufbereitet,
und dann ihrerseits ein Signal an den Kupplungsaktuator ausgibt.
Dies gilt in noch stärkerem
Maße für Aktuatoren, welche
die Leistungsabgabe des Antriebsmotors gezielt verändern können. Diese
Aktuatoren, die beispielsweise die Stellung einer Drosselklappe
oder die Einspritzmenge eines Kraftstoffes festlegen, werden üblicherweise
von einem separaten Motorsteuerungsgerät angesteuert. Im Rahmen dieser
Druckschrift soll es jedoch lediglich auf die – in diesem Fall indirekte – Ausgabe
von Signalen zur Beeinflussung der Stellgräßen der Aktuatoren ankommen,
gleichgültig,
ob diese Signalerzeugung direkt oder über beliebige Zwischenstufen
und gegebenenfalls unter Berücksichtigung
weiterer Parameter erfolgt.
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Der
Begriff des Aktuators ist hier entsprechend weit zu fassen. Direkt
am automatisierten Schaltgetriebe angreifende Aktuatoren weisen
meistens Elektromotore oder hydraulische oder pneumatische Geber,
wie Kolben-Zylinder-Anordnungen
auf, die auf der Grundlage eines Eingangssignals unter Verwendung
von Fremdenergie eine gerichtete Kraft aufbringen und eine mechanische
Bewegung herbeiführen.
Im Rahmen dieser Druckschrift soll unter einem Aktuator allgemein
eine Einrichtung verstanden werden, die auf der Grundlage eines
Informationssignals mit Hilfe von Fremdenergie eine Veränderung einer
mechanischen Größe bewirkt.
Daher gilt eine Verstelleinrichtung für einen Zündwinkel oder eine Einrichtung
zur Verstellung der Einspritzmenge oder des Einspritzzeitpunktes
als ein Aktuator, da diese die abgegebene Leistung des Antriebsmotors
auf der Basis eines Informationssignals und unter Verwendung von
Fremdenergie direkt beeinflussen können.
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Unter
einer Schaltsequenz ist in den weitaus häufigsten Fällen das Auslegen eines Getriebeganges
und das nachfolgende Einlegen eines Ganges zu verstehen. Dabei durchlaufen übliche automatisierte Schaltgetriebe
eine Zugkraftunterbrechung, insbesondere eine Auftrennung des Antriebsstranges durch
ein Öffnen
einer Reibkupplung, und einen Zustand der Neutralstellung des Getriebes,
in dem kein Getriebegang aktiviert ist und dementsprechend keine
Momentenübertragung
durch das automatisierte Schaltgetriebe stattfindet.
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Eine
Schaltsequenz umfasst üblicherweise in
einer ersten Teilsequenz die Ansteuerung des Antriebsmotors zur
Verringerung dessen Antriebsleistung, ein Trennen des Antriebsstranges
durch das Öffnen
einer Reibkupplung, das Auslegen des zuvor aktiven Ganges und damit
das Schalten des Getriebes in dessen Neutralstellung. In einer zweiten
Teilsequenz wird ausgehend von der Neutralstellung ein Gang eingelegt
und die Antriebsmaschine z.B. so angesteuert, dass eine Synchrondrehzahl
im Getriebe erreicht oder eine gewünschte Leistung bereitgestellt werden
kann, und die Reibkupplung dann geschlossen.
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Im
dieser Druckschrift kann eine Schaltsequenz aber auch aus einer
dieser ersten und zweiten Teilsequenzen bestehen, etwa wenn ein
antriebsloses Rollen des Fahrzeugs entweder mit geöffneter Kupplung
und/oder mit dem Getriebe in seiner Neutralstellung gewünscht ist,
oder dieser Zustand beendet werden soll.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist verfahrensgemäß vorgesehen, dass die Getriebesteuerungseinrichtung
zunächst
auf der Grundlage von Eingangssignalen entscheidet, ob eine Zugkraftreduzierung
der angetriebenen Räder
des Fahrzeugs ausgelöst
werden soll. Sofern dies der Fall ist, gibt sie Signale aus, die
eine definierte Zugkraftreduzierung der angetriebenen Räder zur
Folge haben. Dies Kann wie bereits angedeutet zumeist am einfachsten durch
das Öffnen
der Kupplung oder durch ein Schalten des Getriebes in dessen Neutralstellung
erreicht werden, wobei in beiden Fällen eine Verringerung der Leistung
des Antriebsmotors zu veranlassen ist, die auch ohne eine Kupplungsöffnung oder
eine Schaltung des Getriebes in dessen Neutralstellung ausreichend
sein kann.
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Die
Getriebesteuerungseinrichtung liest dann Zugkraftreduzierungsdaten
ein, aus denen eine Veränderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit als Reaktion auf die Zugkraftreduzierung
abgeleitet werden kann. Dies können
beispielswei se die Drehgeschwindigkeit eines Fahrzeugrades, die
bei geschlossener Kupplung und eingelegtem Gang sich einstellende Drehzahl
des Antriebsmotors als Reaktion auf eine Reduzierung der Antriebsleistung
oder eine Veränderung
einer anderen geeigneten Drehzahl im Antriebsstrang bzw. deren jeweilige
zeitlichen Veränderungen sein.
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Die
Getriebesteuerungseinrichtung bildet daraus eine mit dem aktuellen
Fahrwiderstand des Fahrzeugs direkt korrelierende Fahrwiderstandsgröße, beispielsweise
die genannte Konstantleistung, und zieht diese Fahrwiderstandsgröße anschließend zur
Auswahl eines einzulegenden Zielganges heran.
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Dabei
ist es, wie ähnlich
bereits für
die Konstantleistung ausgeführt,
nicht notwendig, dass eine physikalisch als Fahrwiderstand definierte
Größe ermittelt
wird. Aus Gründen
der Anschaulichkeit sei jedoch im Folgenden angenommen, dass die
Getriebesteuerungseinrichtung eine direkt den Fahrwiderstand ausdrückende Größe in Form
einer am Getriebeeingang aufzubringenden Leistung zur Konstanthaltung
der Fahrgeschwindigkeit – also
eine Konstantleistung – ermittelt.
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Die
Vorteile des beschriebenen Verfahrens liegen vor allem darin begründet, dass
die Getriebesteuerungseinrichtung auf einfache Weise und mit minimalem
Aufwand eine mit dem aktuellen Fahrwiderstand korrelierende Größe ermittelt,
die direkt zur Wahl des einzulegenden optimalen Zielganges herangezogen
werden kann. Die Fahrwiderstandsgröße berücksichtigt dabei so unterschiedliche
Faktoren wie die momentane Fahrzeugbeladung, die Steigung der Straße sowie
den momentanen Luft- und Rollwiderstand, der wiederum von der Bereifung,
der Fahrgeschwindigkeit, der Beladung und dem Straßenzustand
abhängig
ist.
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Dabei
ist es zwar möglich,
dass zur Verringerung der Gesamtschaltzeit bereits vor oder mit
Einleitung der ersten Teilsequenz des Schaltvorganges der wahrscheinlich
zu wählende
Zielgang schaltungsbezogen vorbereitet wird. Entscheidend ist jedoch,
dass die Getriebesteuerungseinrichtung die tatsächliche Entscheidung über den
einzulegenden Zielgang erst auf der Grundlage oder zumindest unter
Einbeziehung der ermittelten Konstantleistung bzw. des ermittelten
Fahrwiderstandswertes trifft.
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Auf
diese Weise ist es in den weiter oben geschilderten Situationen
beispielsweise bei hoher Zuladung und auf einer steilen Rampe durchaus
möglich,
dass auf der Basis der notwendigen extrem hohen Konstantleistung
umgehend wieder der zuvor aktive Gang eingelegt oder aufgrund der
zwischenzeitlichen Verlangsamung des Fahrzeugs sogar ein im Vergleich
zu dem vormals aktiven Gang niedrigerer Gang gewählt wird.
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Ebenso
kann die Getriebesteuerungseinrichtung auf diese Weise bei einer
bescheunigenden Fahrt auf einer abschüssigen Straße aus dem geringen Fahrwiderstand
oder sogar negativen Fahrwiderstand beispielsweise ein Hochschalten
um zwei Gangstufen veranlassen, obwohl dies auf einer ebenen Straße unter
den gleichen Bedingungen nicht ratsam wäre.
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Eine
erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
die Zugkraftreduzierung eine vollständige oder eine nahezu vollständige Zugkraftunterbrechung
ist. Dies ist besonders einfach durch ein Öffnen der Reibkupplung zwischen Antriebsmotor
und automatisiertem Schaltgetriebe oder auch durch ein Schalten
des automatisierten Schaltgetriebes in seine Neutralstellung erreichbar. Dies
ermöglicht
eine Bestimmung des Fahrwiderstandes auf eine besonders einfache
Weise, da bei der Berechnung desselben aus der zeitlichen Änderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit keine zusätzlichen Momente des Antriebsmotors
berücksichtigt
zu werden brauchen, die oft ohnehin nicht genau bekannt sind und
z.B. bei Anlaufen eines Zusatzaggregates während einer Schaltsequenz großen kurzfristigen
Schwankungen unterliegen können.
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Alternativ
zum Öffnen
einer Reibkupplung oder zum Schalten des automatisierten Schaltgetriebes
in seine Neutralstellung kann die Getriebesteuerungseinrichtung
die Zugkraftreduzierung durch Veranlassung einer Verringerung der
pro Zeit einer Antriebsmaschine zugeführten Energiemenge auslösen. Dies
ermöglicht
eine besonders frühe
Ermittlung des Fahrwiderstandes bzw. der Konstantleistung und zudem
eine besonders schnelle Reaktion auf eine mögliche starke Verzögerung des
Fahrzeugs. Hierfür ist
natürlich
sicherzustellen, dass eine Drehzahlübertragung zwischen den angetriebenen
Rädern
und der Abtriebswelle des Antriebsmotors in einem bekannten Übersetzungsverhältnis vorliegt,
also insbesondere die Reibkupplung geschlossen und das automatisierte
Schaltgetriebe nicht in seine Neutralstellung geschaltet ist.
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Insbesondere
wenn die Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine im Sinne
eines Dieselmotors oder Ottomotors ist, und die Verringerung der
pro Zeiteinheit zugeführten
Energiemenge durch eine Reduzierung der zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt,
kann die Zugkraftreduzierung innerhalb kürzester Zeit durch eine Erhöhung der
Einspritzmenge wieder aufgehoben werden. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass die Geschwindigkeitsverringerung während der Zugkraftverringerung
bei Bedarf minimiert werden kann, und z.B. bei einem Betrieb des Fahrzeugs
in einem Gang mit für
eine Konstanthaltung der Geschwindigkeit gerade noch genügender Leistung
keine Rückschaltung
aufgrund einer zu starken Verlangsamung notwendig wird.
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Die
Getriebesteuerungseinrichtung kann die Zugkraftreduzierung der Antriebsmaschine
besonders einfach durch eine Verstellung des Zündwinkels und/oder durch eine
Veränderung
der Einspritzzeit und/oder durch eine Veränderung der Anzahl der befeuerten
Zylinder auslösen.
Diese Möglichkeiten
sind zumeist ohnehin in der Motorsteuerung vorgesehen und bedürfen daher
meistens nur einer entsprechenden Anforderung durch die Getriebesteuerungseinrichtung.
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Eine
andere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Getriebesteuerungseinrichtung
die Zugkraftreduzierung der Antriebsmaschine durch das Öffnen der
schaltbaren Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und dem automatisierten
Schaltgetriebe des Fahrzeugs bewirkt. Dies schließt eine Einflussnahme
durch eingeleitete Momente des Antriebsmotors zuverlässig aus.
Zudem genügt
es in diesem Fall, wenn die Getriebesteuerungseinrichtung lediglich
auf die ohnehin anzusteuernden Aktuatoren der Reibkupplung zwischen
Antriebsmotor und Getriebe einwirkt und – sofern diese Aufgabe nicht
automatisch durch die Motorsteuerung übernommen wird – eine entsprechende
Veränderung
der Ansteuerung des Antriebsmotors veranlasst.
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Eine
genaue Ermittlung und Berücksichtigung
eines durch den Antriebsmotor geleisteten oder abgenommenen Momentes
kann dabei unterbleiben. Nicht zuletzt ermöglicht diese Variante eine
besonders späte
und damit sehr aktuelle Ermittlung einer fahrwiderstandsproportionalen
Größe, die
Einfluss auf den zu wählenden
optimalen Getriebegang hat. Dies garantiert auch bei stark wechselnden
Betriebsbedingungen, wie sie etwa auf Baustellen anzutreffen sind,
eine besonders aktuelle Auswahl des Zielgangs.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor,
dass die Getriebesteuerungseinrichtung als Zugkraftreduzierungsdaten,
aus denen eine Veränderung
der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs als Reaktion auf die Zugkraftreduzierung
abgeleitet werden kann, eine Differenzdrehzahl zwischen einem ersten
Zeitpunkt kurz vor Einleitung der Zugkraftreduzierung und einem
zweiten Zeitpunkt bei erfolgter Zugkraftreduzierung ermittelt. Diese
Drehzahldifferenz kann grundsätzlich
an einer beliebigen Welle abgenommen werden, solange diese für den relevanten
Zeitraum ein zumindest weitgehend zur Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs proportionales
Verhalten aufweist.
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Da
für den
Antriebsmotor stets ohnehin hochwertige Sensoren zur Ermittlung
der Drehzahl vorhanden sind, ist es unter dem Gesichtspunkt der Mehrfachnutzung
von Sensoren vorteilhaft, wenn die Getriebesteuerungseinrichtung
die Differenzdrehzahl an einer zur Motordrehzahl in einem festen
Drehzahlverhältnis
stehenden Welle ermittelt. Dabei ist es selbstverständlich unerheblich,
ob die konkret ermittelte Drehzahl die einer z.B. Kurbelwelle, einer
Nockenwelle, einer Abtriebswelle des Antriebsmotors oder eines mit
der Abtriebswelle gekoppelten Kupplungsbauteils ist. Durch die unmittelbare
oder mittelbare Berücksichtigung
der Veränderung
der Motordrehzahl kann jedenfalls die Ermittlung der Geschwindigkeitsreaktion
des Fahrzeugs auf eine Zugkraftreduzierung besonders früh beginnen,
und deshalb bei zeitkritischen Schaltvorgängen die Gesamtschaltzeit verkürzen.
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Zur
Bestimmung möglichst
aktueller Drehzahl-Differenzwerte ist es dabei wünschenswert, dass die Getriebesteuerungseinrichtung
als ersten Zeitpunkt einen Zeitpunkt unmittelbar vor der Einleitung
der Zugkraftreduzierung und als zweiten Zeitpunkt einen Zeitpunkt
unmittelbar vor dem Öffnen
einer zwischen Antriebsmotor und automatisiertem Schaltgetriebe
befindlichen Kupplung wählt.
Dabei wird der Begriff des Zeitpunktes unmittelbar vor dem Öffnen der
Kupplung so verstanden, dass die ermittelte Drehzahl zum Zeitpunkt
des Öffnens
der Kupplung die notwendige eindeutige Beziehung zu der Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs aufweist. Bei einer nicht nur unwesentlich durchrutschenden
Kupplung ist dies zwar grundsätzlich
möglich,
erfordert aber einen in den meisten Fällen unverhältnismäßig großen Berechnungsaufwand.
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Neben
der Bildung eines arithmetischen Mittelwertes zwischen einer Start-
und einer Enddrehzahl ist es in jedem Fall möglich und häufig zur Verbesserung des Ergebnisses
auch sinnvoll, wenn die Getriebesteuerungseinrichtung die Differenzdrehzahl unter
Berücksichtigung
des zeitlichen Verlaufes der Drehzahl ermittelt. Dies kann durch
eine einfache Integration über
die Zeit oder auch durch eine über
die Zeit veränderliche
Gewichtung erfolgen.
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Insbesondere
eine stärkere
Gewichtung zeitlich jüngerer
Messwerte erscheint zur Ermittlung möglichst optimaler Zielgänge bei
sich schnell ändernden
Betriebsbedingungen vorteilhaft zu sein. Zur Verbesserung der Genauigkeit
des Verfahrens wird daher vorgeschlagen, dass die Getriebesteuerungseinrichtung
die Differenzdrehzahl unter Berücksichtigung
eines zeitlichen Verlaufes der Drehzahl ermittelt und/oder regelbasierte
Korrekturen vornimmt. Beispielsweise kann so eine verlängerte Schaltzeit
bei bestimmten Schaltvorgängen
durch eine entsprechende Korrektur der Berechnungsvorschriften für eine gewichtete
Differenzdrehzahl berücksichtigt werden.
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Im
Folgenden wird eine Getriebesteuerungseinrichtung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß zumindest
einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen vorgestellt.
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Diese
Getriebesteuerungseinrichtung weist neben den üblicherweise bei Getriebesteuerungen anzutreffenden
Elementen und Verbindungen, die hier nicht weiter erläutert werden
müssen,
zur Erfüllung
der zugedachten und zuvor beschriebenen Funktion zumindest einen
Signal-Ausgang zur Auslösung
einer Zugkraftreduzierung und zumindest einen Signal-Eingang zur
Ermittlung einer fahrgeschwindigkeitsproportionalen Größe auf.
Weiter ist eine Ermittlungsvorrichtung zur Ermittlung einer mit
dem Fahrwiderstand des Fahrzeugs direkt korrelierenden Fahrwiderstandsgröße vorgesehen.
Schließlich
ist die Getriebesteuerungseinrichtung so aufgebaut, dass die ermittelte
Fahrwiderstandsgröße bei der Wahl
des zu aktivierenden Ganges von der Getriebesteuerungseinrichtung
herangezogen wird.
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Dabei
ist es möglich
und wird bevorzugt, dass die Getriebesteuerungseinrichtung nach
der Ermittlung des Fahrwiderstandes einen Gang wählt, welcher z.B. eine um einen
bestimmten Faktor über der
Konstantleistung liegende Motorleistung bei der dann vorliegenden
Drehzahl des Antriebsmotors liefern kann, und zudem weitere Randbedingungen
erfüllt,
wie z.B. einen möglichst geringen
Kraftstoffverbrauch oder eine möglichst
geringe Lärm-
oder Schadstoffemission.
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Zur
Minimierung der Gesamtzeit der Zugkraftreduzierung kann jedoch auch
vorgesehen sein, dass schon vor dem Auslösen der Zugkraftreduzierung
ein Zielgang auf herkömmliche
Weise ausgewählt
und eventuell auch zum Schalten vorbereitet wird. In diesem Fall
dient die Ermittlung des Fahrwiderstandes der Überprüfung bzw. Verifizierung des ausgewählten Ganges.
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Zur
Ermittlung der benötigten
Daten über
die Geschwindigkeitsänderung
des Fahrzeugs als Reaktion auf die Reduzierung oder Unterbrechung
der Zugkraft bieten sich drei unterschiedliche Bereiche an, die
jeweils spezifische Vorteile bieten. Diese werden im Folgenden näher erläutert.
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In
einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Getriebesteuerungseinrichtung
ist vorgesehen, dass der Signal-Eingang zur Ermittlung einer fahrgeschwindigkeitsproportionalen
Größe mit einem
Drehzahlsensor verbunden ist, der eine Drehzahl in einem Bereich
zwischen einer antriebsmotorzugewandten Seite einer zwischen einem
Antriebsmotor sowie dem automatisierten Schaltgetriebe befindlichen Kupplung
und einer Abtriebswelle eines Antriebsmotors ermitteln sowie an
die Getriebesteuerungseinrichtung ausgeben kann.
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Dies
ermöglicht
eine Erfassung der Verzögerung
des Fahrzeugs beispielsweise direkt über die Änderung der Motordrehzahl.
Weiter ist eine Erfassung der Geschwindigkeitsreaktion zu einem
sehr frühen
Zeitpunkt möglich,
so dass für
eine Ermittlung des optimalen Zielganges besonders viel Zeit verbleibt,
ohne dass sich die Schaltzeit insgesamt verlängert. Schließlich kann
die Zeitspanne der Zugkraftreduzierung bei Bedarf, etwa wenn eine
unerwartet starke Verzögerung
festgestellt wird, sehr kurz gehalten werden.
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Eine
zweite Variante sieht vor, dass der Signal-Eingang zur Ermittlung
einer fahrgeschwindigkeitsproportionalen Größe mit einem Drehzahlsensor verbunden
ist, der eine Drehzahl in einem Bereich zwischen einer getriebezugewandten
Seite einer zwischen dem Antriebsmotor und dem automatisierten Schaltgetriebe
befindlichen Kupplung sowie einer Eingangswelle des automatisiertem
Schaltgetriebe ermitteln und an die Getriebesteuerungseinrichtung ausgeben
kann.
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Dies
ermöglicht
eine vollständige
Zugkraftunterbrechung durch z.B. ein Öffnen der Kupplung und somit
eine sehr einfache Ermittlung der tatsächlich auf den Fahrwiderstand
zurückzuführenden
Verlangsamung des Fahrzeugs.
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Eine
dritte Variante sieht schließlich
vor, dass der Signal-Eingang zur Ermittlung der fahrgeschwindigkeitsproportionalen
Größe mit einem
Drehzahlsensor verbunden ist, der eine Drehzahl in einem Bereich
zwischen einer Ausgangswelle des automatisierten Schaltgetriebes
sowie einem angetriebenen Rad des Fahrzeugs ermitteln und an die
Getriebesteuerungseinrichtung ausgeben kann.
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Dies
bietet neben den vorstehend beschriebenen Vorteilen die Möglichkeit,
ohnehin im Rahmen z.B. eines ABS-Systems vorhandene Drehzahlsensoren
zu nutzen, und zudem auch noch zu einem besonders späten Zeitpunkt
relevante Informationen über
die Änderung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu ermitteln und auszuwerten.
So ist es im Extremfall möglich,
dass sogar während
des Einlegens eines zuvor ermittelten Zielganges aufgrund einer eingetretenen Änderung
der Fahrzeugverzögerung ein
anderer als der ursprünglich
gewählte
Zielgang ausgewählt
wird.
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Für alle drei
Varianten ist der Vollständigkeit halber
zu erwähnen,
dass die gewählten
Ortsbezeichnungen für
die Anordnung des Drehzahlsensors selbstverständlich im Sinne der technischen
Funktionen der Bauteile zu verste hen sind. Wenn etwa von einem Bereich
bis zu einer Abtriebswelle des Antriebsmotors oder des automatisierten
Schaltgetriebes die Rede ist, so sollen selbstverständlich Drehzahlveränderungen
von Elementen, die zu diesen Wellen in einem festen und bekannten
Verhältnis
stehen, mit in den Schutzbereich fallen. Beispielsweise ist die
Verwendung einer Nockenwellendrehzahl eine zur Verwendung der Kurbelwellendrehzahl äquivalente
Lösung.
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Abschließend sei
angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende
Vorrichtung hierfür
vorteilhaft bei allen Straßenfahrzeugen
angewendet werden können.
Dies schließt
auch Kettenfahrzeuge und andere Fahrzeugtypen mit ein. Besondere
Vorteile bietet die Erfindung dabei immer dort, wo sie zur Steuerung
eines automatisierten Schaltgetriebes eines Fahrzeugs mit einer
bei voller Zuladung geringen maximalen auf das Fahrzeuggewicht bezogenen
Leistung vorgesehen ist. Insbesondere bei Schwerlastfahrzeugen im
Baustellenbetrieb stellt das eingangs beschriebene Problem einer
Zugkraftunterbrechung an einer starken Steigung mit anschließender Fehlschaltung
ein erhebliches Problem dar, das mit Hilfe der hier vorgestellten
Erfindung auf einfache und elegante Weise gelöst werden kann.
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Eine
Kombination der vorliegenden Erfindung mit bekannten weiteren Steuerungsverfahren und
Vorrichtungen, insbesondere eine Kombination mit den vielfältigen bekannten
Möglichkeiten
der Einbeziehung verschiedener weiterer Parameter, insbesondere
des Antriebsmotors und der Fahrpedalstellung bzw. deren zeitlicher
Verläufe
liegen selbstverständlich
im Rahmen der Erfindung.
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Die
Erfindung lässt
sich anhand eines Ausführungsbeispiels
weiter erläutern.
Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. Diese zeigt ein Ablaufdiagramm
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in stark vereinfachter Form. Es sei hier von einer Drehzahlmessung
an der Abtriebswelle des Antriebsmotors ausgegangen.
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Im
Verfahrensschritt S1 überprüft die Getriebesteuerungseinrichtung,
ob eine Schaltentscheidung ansteht. Sofern ein diesbezüglicher
Kennwert auf den Wert 1 gesetzt ist, bedeutet dies, dass eine Schaltung
vorgenommen werden soll. Eine diesbezügliche Bejahung der Abfrage „Schaltentscheidung" kann aufgrund von Überschreitungen
von absoluten Grenzwerten der Fall sein, etwa wenn die Drehzahl eines
Verbrennungsmotors eine obere oder untere Drehzahlgrenze überschreitet.
Neben diesen absoluten Grenzwerten kommen hier selbstverständlich auch
abgeleitete Grenzwerte in Betracht, die sich beispielsweise aus
der Stellung des Fahrpedals in Relation zur Fahrgeschwindigkeit
oder zu dem vom Antriebsmotor bereitstellbaren Drehmoment ergeben.
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Daneben
kann der Kennwert der Variable „Schaltentscheidung" beispielsweise auch
auf Grund einer manuellen Eingabe eines Gangwechselwunsches oder
beim Vorliegen bestimmter anderer Bedingungen auf den Kennwert =
1 gesetzt werden. Es ist sogar möglich,
dass die Variable „Schaltentscheidung" in bestimmten Betriebsbereichen
des Antriebsmotors, für
die nicht für
alle Fahrwiderstände
ein optimaler Gang angegeben werden kann, nach Ablauf einer bestimmten
Zeitspanne auf den Kennwert = 1 gesetzt wird.
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Wenn
die Variable „Schaltentscheidung" den Kennwert = 1
besitzt, wird im Schritt S2 das Motordrehmoment reduziert. Hierfür werden
zunächst
die relevanten aktuellen Werte abgespeichert. Diese erlauben unter
anderem eine schnelle Rückkehr
zum Ausgangszustand. Dabei wird zumindest die Drehzahl des Antriebsmotors
n_mot = n_mot_start, die Fahrpedalstellung und die aktuelle Getriebeübersetzung
abgespeichert.
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Anschließend wird
in Schritt S3 das Getriebe dafür
vorbereitet, in die Neutralstellung geschaltet zu werden.
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Sobald
Sensoren die Neutralstellung des Getriebes melden oder die Getriebesteuerung
aus anderen Gründen – im einfachsten
Fall nach Verstreichen einer gewissen Zeitspanne – davon
ausgehen kann, dass sich das Getriebe in der Neutralstellung befindet,
wird in Verfahrensschritt S4 die Differenzdrehzahl delta_n_mot zwischen
der in Schritt S2 gespeicherten Motordrehzahl n_mot_start zum Zeitpunkt
des Starts der Drehmomentreduzierung und der Motordrehzahl n_mot_end
zum Zeitpunkt unmittelbar vor der Rückmeldung des Getriebes über die Trennung
der Drehmomentverbindung zwischen den angetriebenen Rädern des
Fahrzeugs und dem Antriebsmotor gebildet, der hier als Zeitpunkt
Neutral = 1 bezeichnet ist.
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Auf
der Grundlage dieser Drehzahldifferenz delta_n_mot ermittelt die
Getriebesteuerungseinrichtung den einzulegenden Zielgang. Dabei
werden selbstverständlich
weitere übliche
Parameter berücksichtigt.
Hierzu zählen
insbesondere die Position des Fahrpedals alpha_Fahrpedal als Ausdruck
eines Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungswunsches des Fahrers,
und beispielsweise Daten über
die Übersetzungsverhältnisse
der einzelnen Gänge
sowie Kennfelder oder sonstige Daten über Kraftstoffverbrauch, Drehzahl
und Drehmoment des Antriebsmotors bei der Auswahl des jeweiligen
Ganges bzw. unter den sich jeweils einstellenden Motordrehzahlen
und geforderten Motordrehmomenten.
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Es
sei darauf hingewiesen dass unter der Voraussetzung, dass die Getriebesteuerungseinrichtung
letztlich nicht den ursprünglich
eingelegten Gang erneut aktiviert, keine im Vergleich zu einem herkömmlichen
automatisierten Gangwechsel zusätzliche
oder verlängerte
Zugkraftreduzierung auftritt. Für
den Fall, dass der ursprünglich
aktive Gang als Zielgang gewählt
wird, wäre
jedoch bei herkömmlichen
Getriebesteuerungseinrichtungen mit einer erheblich längeren Zugkraftunterbrechung
durch mehrmaliges Schalten zu rechnen.
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- S1-S5
- Schritte
im Ablaufplan
- n_mot
- Drehzahl
der Abtriebswelle des Antriebsmotors
- n_mot_start
- Drehzahl
der Abtriebswelle des Antriebsmotors zum Zeitpunkt von Schritt S2
- n_mot_end
- Drehzahl
der Abtriebswelle des Antriebsmotors zum Zeitpunkt Neutral = 1
- delta_n_mot
- Drehzahldifferenz
zwischen n_mot_start und n_mot_end
- alpha_Fahrpedal
- Auslenkung
des Fahrpedals
- Y
- Yes;
Bedingung erfüllt
- N
- No;
Bedingung nicht erfüllt