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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Abstandes
zwischen einem Aufbau und einem mit dem Aufbau elastisch gekoppelten
Fahrwerksbauteil eines Straßenkraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung
des Verfahrens eingerichtete Vorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 8.
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Die
geregelte Einstellung dieses Abstands wird auch als Niveauregulierung
bezeichnet. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren ist
jeweils aus der
EP
1 371 508 A1 bekannt. Nach dieser Schrift kann es bei modernen
Kraftfahrzeugen durch fahrdynamische Einflüsse wie positive
oder negative Beschleunigungen dazu kommen, dass der Aufbau im Bereich
der Vorderachse angehoben und im Bereich der Hinterachse bei positiven
Beschleunigungen abgesenkt wird. Bei negativen Beschleunigungen
tritt eine Anhebung im Bereich der Hinterachse und eine Absenkung
im Bereich der Vorderachse auf.
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Wenn
eine Niveauregelung in solchen Fällen jeweils auf einen
Soll-Wert für den Abstand regeln würde, hätte
dies bei einer positiven Beschleunigung zur Folge, dass der Aufbau
im Bereich der Vorderachse durch die Niveauregulierung abgesenkt
und im Bereich der Hinterachse angehoben werden würde. Fällt
die positive Beschleunigung dann weg, würde der Abstand
zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrwerk im Bereich der Vorderachse
kleiner als der Soll-Wert und im Bereich der Hinterachse größer
als der Soll-Wert sein. Aus diesem Grunde würde unmittelbar
nach dem Wegfall der Beschleunigung eine erneute Regelung notwendig.
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Bei
modernen Niveauregulierungen werden während der Beschleunigungsvorgänge
des Kraftfahrzeugs die von Abstandssensoren gemessenen Ist-Werte
für den Abstand von Fahrzeugaufbau und Fahrwerk entsprechend
angepasst oder korrigiert, um die unerwünschten Regelvorgänge
der Niveauregulierung zu unterbinden. Bei einer positiven Beschleunigung
des Kraftfahrzeugs wird der an der Vorderachse gemessene Wert eines
Abstandssensors also nach unten korrigiert und der an der Hinterachse gemessene
Wert eines Abstandssensors entsprechend nach oben korrigiert.
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Zusätzlich
zu diesen Beschleunigungseinflüssen werden in der
EP 1 371 508 A1 auch
aerodynamische Einflüsse erwähnt, die zu einer
Absenkung oder einem Anheben des Fahrzeugaufbaus führen. Zur
Korrektur der aerodynamischen und der fahrdynamischen Einflüsse
sieht die
EP 1 371
508 A1 dann für den Fall einer Rückwärtsfahrt
z. B. vor, den Ist-Wert für den Abstand zwischen Aufbau
und Fahrwerksbauteil in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit
und zusätzlich in Abhängigkeit von einer Fahrzeugbeschleunigung
zu korrigieren. Für beide Parameter ist jeweils eine eigene
Tabelle bzw. ein eigener Spaltenvektor vorgegeben, der einzelne Werte
des jeweiligen Parameters mit einem bestimmten Korrekturwert verknüpft.
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Die
beiden Korrekturwerte werden damit insbesondere vollkommen unabhängig
voneinander erzeugt. Die Korrektur des Ist-Wertes für den
Abstand zwischen Aufbau und Fahrwerk erfolgt durch additive Verknüpfung
des gemessenen Ist-Wertes mit den beiden Korrekturwerten.
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Das
bekannte Verfahren erlaubt damit bereits eine Unterscheidung von Änderungen
des Abstandes zwischen Aufbau und Fahrwerk, die durch fahrdynamische
Einflüsse hervorgerufen werden, von Änderungen,
die sich durch einen Eingriff des Fahrers oder durch eine geänderte
Beladung ergeben.
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Es
hat sich aber gezeigt, dass die Niveauregulierung beim Einwirken
fahrdynamischer Einflüsse bei manchen Fahrzeugen weiter
vom Soll-Wert abweichende Abstände einstellte und unerwünscht häufig
unnötige Regeleingriffe vornahm. Die Einstellung von Abständen,
die vom Soll-Wert abweichen, kann die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges
negativ beeinflussen. Zu große Abstände sind z.
B. bei schneller Fahrt und großen Querbeschleunigungen nachteilig,
während zu geringe Abstände, also eine zu geringe
Bodenfreiheit, insbesondere bei schlechter Fahrbahnqualität
oder auf unbefestigtem Untergrund, wie im Gelände, nachteilig
ist.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
eines Verfahrens und einer Vorrichtung der jeweils eingangs genannten
Art, die jeweils eine Verringerung der Zahl unerwünschter Regeleingriffe
bewirken und mit denen weniger oft vom Soll-Wert abweichende Abstände
zwischen Fahrwerk und Aufbau eingestellt werden.
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Diese
Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich Niveauänderungen
des Fahrzeugs, die sich als Reaktion auf gleichzeitig auftretende,
verschiedene fahrdynamische Einflüsse ergeben, aufgrund
konstruktiver Gegebenheiten des Fahrwerks von der Summe der Einzelreaktionen
auf diese Einflüsse unterscheiden. Das bekannte Verfahren
der Addition unabhängiger Korrekturen von Einzeleinflüssen
führt daher zu falschen Ergebnissen, was wiederum zur unerwünscht
hohen Regelhäufigkeit und zur vorübergehenden
Einstellung falscher Abstände führt.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung eines Korrekturwertes
K, dessen Änderungen bei Änderungen von nur einem
der Parameter und konstanten Werten der übrigen Parameter
auch von den Werten wenigstens eines anderen der Parameter abhängig ist,
erlaubt dagegen eine Berücksichtigung der Wechselwirkung
zwischen den Einflüssen der einzelnen Parameter.
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Dies
ist bei dem bekannten Verfahren nicht der Fall. Bei dem bekannten
Verfahren wird ein Korrekturwert K als Summe K = K1(a1) + K2(a2)
bestimmt, wobei a1 und a2 fahrdynamische Parameter und K1 und K2
die jeweils zugeordneten unabhängigen Korrekturwerte sind. Änderungen
von K, die sich bei Änderungen des Parameters a1 und konstantem Parameterwert
a2 ergeben, sind dann von a2 unabhängig. Dies sieht man
z. B. durch Bilden der partiellen Ableitung dK1/da1, bei der der
von a1 unabhängige Korrekturwert K2 wegfällt.
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Die
Erfindung erlaubt dagegen eine Berücksichtigung einer Wechselwirkung
zwischen den Einflüssen der einzelnen Parameter.
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Solche
Einflüsse treten bspw. bei einer progressiven Federungskennlinie
auf, bei der sich die Einfederung nicht linear mit einer einwirkenden
Kraft ändert. Jeweils einzeln auftretende Einzeleinflüsse einer
Längsbeschleunigung und einer Querbeschleunigung führen
dann zu gleichen Einfederungen, also zu gleichen Änderungen
des Abstands zwischen Fahrwerk und Aufbau und zu gleichen Korrekturwerten.
Treten diese Einzeleinflüsse jedoch gemeinsam auf, z. B.
beim Beschleunigen in einer Kurve, ist die resultierende Einfederung
wegen der nicht linearen Federkennlinie nicht einfach die Summe
der einzelnen Einfederungen. Dies wird durch die Erfindung berücksichtigt,
die z. B. für jede mögliche Kombination von Einzeleinflüssen
genau einen auf die spezielle Kombination dieser Einzeleinflüsse
unter Berücksichtigung ihrer Wechselwirkung abgestimmten
Korrekturwert K bereitstellt.
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Bei
einer Ermittlung der Korrekturwerte durch eine Tabelle oder einen
Kennfeldzugriff sind dafür wesentlich mehr Stützstellen
notwendig als beim Stand der Technik. Während eine Berücksichtigung
der Einflüsse von N Parametern beim Gegenstand der
EP 1 371 508 A1 mit
N Spaltenvektoren möglich ist, erfordert eine vergleichbare
Realisierung der Erfindung für diesen Fall eine N-dimensionale Matrix.
Nimmt man jeweils n mögliche Werte für jeden der
N Parameter an, ergeben sich bei dem bekannten Gegenstand n × N
Korrekturwerte, während eine N-dimensionale Matrix n
N Korrekturwerte enthält. Diese
große Zahl von Korrekturwerten ist zwar einerseits für
die Lösung der oben angegebenen Aufgabe hilfreich, sie
bereitet aber andererseits Schwierigkeiten bei der Erstellung der
Daten durch Fahrversuche.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor,
einen Zusammenhang zwischen den im Betrieb des Fahrzeugs verwendeten
Korrekturwerten und den verschiedenen Parametern wenigstens teilweise
rechnerisch mit Hilfe eines Fahrzeugmodells zu ermitteln, das den
Abstand zwischen Aufbau und Fahrwerksbauteil für die verschiedenen
Kombinationen von Fahrzeugparametern simuliert. Solche Fahrzeugmodelle,
die eine Simulation von Fahrzeugeigenschaften durch Rechner erlauben,
sind auf dem Markt erhältlich. Als Beispiel wird auf Software
wie Adams/Car der Firma MSC Software oder CarMaker der Firma IPG
Automotive verwiesen.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, den abhängigen
Ansprüchen und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 das
technische Umfeld der Erfindung;
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2 einen
Regelkreis zur Einstellung des Abstands zwischen Fahrwerksbauteil
und Aufbau; und
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3 ein
Kennfeld von Korrekturwerten über zwei Fahrzeugparametern,
das eine Wechselwirkung von Einflüssen der beiden Fahrzeugparameter
abbildet.
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Im
Einzelnen zeigt die 1 ein Rad 10 eines
Straßenkraftfahrzeugs, das mit einem Fahrwerksbauteil 12 und
weiteren, nicht im Einzelnen dargestellten Fahrwerksbauteilen mit
einem Fahrzeugaufbau 14 verbunden ist. Das Fahrzeugbauteil 12, insbesondere
ein Längslenker, Schräglenker oder Querlenker,
ist mit dem Fahrzeugaufbau 14 über ein Federelement 16 elastisch
gekoppelt. Bei dem Federelement 16 handelt es sich in einer
bevorzugten Ausgestaltung um ein pneumatisches, hydraulisches oder
hydropneumatisches Federelement 16, ohne dass die Erfindung
auf eine Verwendung solcher Federelemente 16 beschränkt
wäre. Neben ihrer Federungsfunktion erlauben solche Federelemente 16 insbesondere
eine Einstellung eines statischen Abstandes zwischen dem Aufbau 14 und
dem Fahrwerksbauteil 12, z. B. durch Variation eines Gasdrucks
im Federelement 16.
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Die
dazu verwendeten Vorrichtungen wie Druckspeicher, Kompressoren und
Ventile sind bekannt und müssen daher hier nicht im Einzelnen
erläutert werden.
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Ein
Abstandssensor
18 bildet den Abstand d zwischen Fahrwerksbauteil
12 und
Aufbau
14 in ein elektrisches Signal IW ab, das an ein
Steuergerät
20 übertragen wird. Dem Steuergerät
20 werden
darüber hinaus Signale über N Fahrzeugparameter
a1, a2, ... aN mit 2αN zugeführt. Die Verwendung
solcher Abstandssensoren
20 ist dem Fachmann bereits aus dem
Stand der Technik vertraut und bedarf daher ebenfalls keiner weiteren
Erläuterung. So offenbart auch die
EP 1 371 508 A1 bereits
solche Abstandssensoren.
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Die
wenigstens zwei Fahrzeugparameter a1, a2, ..., aN sind in einer
bevorzugten Ausgestaltung in der folgenden Liste enthalten: Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel,
Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, Antriebsmoment,
Bremsmoment, Fahrzeugneigung. Dabei versteht es sich, dass diese
Aufzählung nicht abschließend ist und ggf. auch
weitere oder andere Fahrzeugparameter vom Steuergerät 20 verarbeitet
werden können. Moderne Kraftfahrzeuge sind mit einem Geschwindigkeitssensor
und/oder einem Lenkwinkelsensor und/oder Beschleunigungssensoren
für Fahrdynamikregelungen oder passive Sicherheitssysteme
und/oder einem Neigungssensor ausgestattet. Werte des Antriebsmomentes
werden in modernen Motorsteuergeräten im Betrieb des Kraftfahrzeugs
laufend gebildet und stehen daher ebenfalls im Kraftfahrzeug zur
Verfügung. Je nach Art der Bremsmomenterzeugung gilt dies
auch für das Bremsmoment.
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Die
genannten Fahrzeugparameter bestehen daher in der Regel bei modernen
Kraftfahrzeugen im Steuergeräteverbund zur Verfügung
und können daher in der Regel über ein Bussystem
vom Steuergerät 20 eingelesen werden. Die Erfindung
erfordert vor diesem Hintergrund keine zusätzliche Sensorik
gegenüber der bei modernen Kraftfahrzeugen ohnehin vorhandenen
Sensorik. Für jeden Satz von Werten der Fahrzeugparameter
a1, a2, ..., aN bildet das Steuergerät 20 einen
individuellen Korrekturwert K nach einem vorbestimmten Zusammenhang und
korrigiert mit dem so erhaltenen Korrekturwert K einen Ist-Wert
IW und/oder einen Soll-Wert SW für die Einstellung des
Abstandes d zwischen Fahrwerksbauteil 12 und Fahrzeugaufbau 14.
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2 zeigt
eine Niveauregulierung als geschlossenen Regelkreis für
diesen Abstand d. In einer Ausgestaltung wird dazu zunächst
der Korrekturwert K im Block 22 als Funktion der verschiedenen Fahrzeugparameter
a1, a2, ... aN gebildet und in einer Verknüpfung 24 mit
dem Ist-Wert IW des Abstandes d verknüpft. In der 2 ist
eine additive Verknüpfung dargestellt. Es versteht sich
aber, dass die Verknüpfung alternativ auch multiplikativ
erfolgen kann, wenn die Korrekturwerte K entsprechend gebildet werden.
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Ein
Soll-Wertgeber 26 stellt einen Soll-Wert SW für
den Abstand d bereit, der in einer Ausgestaltung vom Fahrer des
Kraftfahrzeugs beeinflussbar ist oder in Abhängigkeit von
Fahrzeugparametern automatisch vorgegeben wird. Aus Soll-Wert SW
und korrigiertem Ist-Wert IW wird in der Verknüpfung 28 eine Regelabweichung
dR gebildet. Ein Regler 30 bildet daraus eine Stellgröße
SG zur Ansteuerung eines Stellgliedes zur Einstellung des Abstandes
d, bspw. zur Ansteuerung eines Luftfederelementes 16.
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Alternativ
zur Korrektur des Ist-Wertes IW mit dem Korrekturwert K kann auch
der Soll- Wert SW mit dem Korrekturwert K korrigiert werden. Dies
wird in der 3 durch die gestrichelten Elemente 32 und 34 dargestellt.
Typische Werte von K liegen in einer Größenordnung
von +/– 25 mm.
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3 zeigt
ein Kennfeld als grafische Darstellung einer zweidimensionalen Matrix,
in der Korrekturwerte K für verschiedene Wertepaare für Längsbeschleunigungen
a_längs und Querbeschleunigungen a_quer als Beispiele von
Fahrzeugparametern a1, a2 abgelegt sind.
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Das
Kennfeld zeichnet sich dadurch aus, dass Änderungen des
Korrekturwertes K, die sich bei Änderungen von nur einem
der Parameter und konstanten Werten der übrigen Parameter
ergeben, auch von Werten wenigstens eines anderen der Parameter
abhängig sind.
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Ändert
man zum Beispiel vom Kennfeldpunkt P1 ausgehend die Längsbeschleunigung
a_längs bei konstanter Querbeschleunigung a_quer um eine
Einheit, gelangt man zum Punkt P3. Dabei ändert sich der
Korrekturwert vergleichsweise stark, was in der 3 durch
die vergleichsweise große Steigung der Verbindung von P1
und P3 deutlich wird.
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Analog
gelangt man vom Punkt P2 zum Punkt P4, wenn man vom Kennfeldpunkt
P3 ausgehend die Längsbeschleunigung a_längs bei
konstanter Querbeschleunigung a_quer um eine Einheit ändert.
Dabei ändert sich der Korrekturwert vergleichsweise weniger
stark, was in der 3 durch die vergleichsweise
kleinere Steigung der Verbindung von P2 und P4 deutlich wird. Das
heißt, dass beim Kennfeld nach der 3 Änderungen
des Korrekturwertes K, die sich bei Änderungen von nur
einem der Parameter (hier der Längsbeschleunigung a_längs)
und konstanten Werten der übrigen Parameter (hier der Querbeschleunigung
a_quer) ergeben, auch von Werten wenigstens eines anderen der Parameter (hier
der Querbeschleunigung a_quer) abhängig sind.
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In
einer Ausgestaltung von Verfahrensaspekten werden die von N Parametern
abhängigen Korrekturwerte aus den N Parametern nach einem vorbestimmten
Zusammenhang ermittelt. Das Kennfeld der 3 veranschaulicht,
wie dies für den Fall N = 2 durch Zugriff auf eine N =
2 dimensionale Korrekturwert-Matrix erfolgt. Für Werte
von Parametern, die zwischen mehreren Matrixelementen oder Kennfeldpunkten
liegen, sieht eine Ausgestaltung eine Ermittlung durch ein Interpolationsverfahren
vor.
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Alternativ
zu einem Zugriff auf eine Kennfeld sieht eine weitere Ausgestaltung
vor, im Zuge der Ermittlung eines Korrekturfaktors Berechnungen
nach einer vorgegebenen Berechnungsformel durchzuführen.
Diese Berechnungsformeln werden bevorzugt als Näherungsformeln
vorgegeben, die so bestimmt sind, dass sie zum Beispiel die K-Werte
des Kennfeldes aus der 3 näherungsweise ergeben.
Solche Näherungsformeln basieren bevorzugt ebenfalls aus Daten,
die von einem Fahrzeugmodell rechnerisch modelliert worden sind.
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Wegen
der großen Zahl der Kennfeldwerte sind diese nicht mehr
ohne weiteres mit vertretbarem Aufwand für jede mögliche
Kombination von Fahrzeugparametern durch Fahrversuche festlegbar.
Daher erfolgt die Festlegung bevorzugt mit Hilfe des bereits genannten
Rechenmodells, mit dem Reaktionen des Kraftfahrzeugs auf Änderungen
der Fahrzeugparameter simuliert werden. Dazu wird in einer Applikationsphase
ein geeignetes Fahrzeugmodell, das in einer Ausgestaltung durch
eine bereits genannte Software, wie z. B. Adams/Car oder CarMaker,
realisiert wird, für einen bestimmten Fahrzeugtyp oder
für eine bestimmte Variante eines Fahrzeugtyps mit vorher
festgelegten Werten von Fahrzeugparametern aus der oben genannten
Liste (Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel, Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung,
Antriebsmoment, Bremsmoment, Fahrzeugneigung) gespeist. Die Berechnung
der Korrekturwerte erfolgt dann automatisch und individuell für jede
mögliche oder gewünschte Kombination der Fahrzeugparameter.
Für die automatische Verarbeitung der Fahrzeugparameter
bei der Festlegung der Korrekturwerte wird bevorzugt eine scriptbasierte Routine
verwendet, die jede Kombination der Eingangswerte (Fahrzeugparameter)
generiert, die Berechnung für jede generierte Kombination
startet und den für jede Kombination berechneten Wert in
ein Kennfeld schreibt oder über eine Matrix den zugehörigen
Eingangsparametern zuordnet.
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Im
späteren Betrieb eines individuellen Kraftfahrzeugs erfolgt
die Ermittlung der Korrekturwerte K bevorzugt durch das Steuergerät 20.
Das Steuergerät 20 zeichnet sich darüber
hinaus dadurch aus, dass es dazu eingerichtet, insbesondere dazu
programmiert ist, einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
und/oder einer seiner Ausgestaltungen zu steuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1371508
A1 [0002, 0005, 0005, 0016, 0026]