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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft allgemein eine Getriebevorrichtung für ein Hybridfahrzeug
und insbesondere das Steuern einer Drehmomentwandlerkupplung eines
Automatikgetriebes.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
Fahrzeug, das mit einer Brennkraftmaschine und einem Automatikgetriebe
ausgestattet ist, das einem Antriebsstrang Antriebsmoment liefert, verwendet
typischerweise eine Drehmomentwandlervorrichtung mit einer als Drehmomentwandlerkupplung
(,TCC', kurz vom
engl. Torque Converter Clutch) bezeichneten Überbrückungsvorrichtung. Die typische
Drehmomentwandlerkupplung umfasst eine fluidbetriebene Reibungsvorrichtung,
die bei voller Betätigung
ein Antriebspumpenrad und eine Abtriebsturbine eines Drehmomentwandlers
mechanisch koppelt, um eine Übertragung
von Drehmoment dazwischen zu ermöglichen.
Das Antriebspumpenrad ist typischerweise an einer Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine mechanisch angebracht, und die Abtriebsturbine
ist typischerweise an einer Antriebswelle des Getriebes mechanisch
angebracht.
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Wenn
die Drehmomentwandlerkupplung voll betätigt ist, können Drehmomentstörungen direkt
auf den Fahrzeugendantrieb und somit auf das Fahrzeug weitergeleitet
werden. Fahrzeugkalibratoren erzeugen typischer weise als Kennfelder
bezeichnete Anlege-/Löse-Kalibrierungen
der Drehmomentwandlerkupplung, die Antriebsstrangstörungen minimieren, die
als NVH (vom engl. ,Noise, Vibration and Harshness' = Geräusch, Vibration
und Rauheit) bezeichnet werden. Kennfelder für Einrücken/Lösen der TCC werden typischerweise
mit Hilfe von Fahrereingabe entweder der Gaspedalstellung oder der
Drosselstellung (,TPS',
kurz vom engl. Throttle Position) und der Fahrzeuggeschwindigkeit
kalibriert. Bei Verwenden von TPS und Fahrzeuggeschwindigkeit als
Kalibrierungseingaben werden typischerweise die Möglichkeiten
zum Einrücken
der Drehmomentwandlerkupplung nicht maximiert, da einige TPS-Werte
abhängig von
Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine sowohl zu zulässigen als
auch unzulässigen
NVH-Werten führen.
Wenn die TPS und die Fahrzeuggeschwindigkeit als Kalibrierungseingaben
verwendet werden, verhindert eine einzige unzulässige NVH-Bedingung bei einer
vorgegebenen TPS und Fahrzeuggeschwindigkeit effektiv das Einrücken der Drehmomentwandlerkupplung
bei dem spezifischen TPS-/Fahrzeuggeschwindigkeitspunkt bei allen
Lastbedingungen.
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Manche
Fahrzeugsysteme setzen Hybrid-Antriebsstrangsysteme ein, die ein
Antriebsmoment von der Brennkraftmaschine liefern und gespeicherte
elektrische Energie zur Unterstützung
des Fahrzeugbetriebs einsetzen können,
um Vorteile in Bezug auf verringerten Kraftstoffverbrauch und verringerte
Abgasemissionen zu erzielen. Ein solches System ist ein Brennkraftmaschinen-Stopp-Start-System
(ESS, kurz vom engl. Engine Stop-Start), das viele herkömmliche
Antriebsstrangkomponenten und -subsysteme verwendet und während des
Auftretens von Schiebebetrieben und Fahrzeugabstellen Schubabschaltvorgänge der Brennkraftmaschine
und Abstellvorgänge
der Brennkraftmaschine ausführt.
Anschließend
wird die Brennkraftmaschine neu gestartet, wenn der Fahrer des Fahrzeugs
dies befiehlt. Ein beispielhaftes ESS-System nutzt ein Hochspannungsbat teriesystem,
einen Wechselrichter und einen Motor-Generator zum Vorsehen von
ESS-Funktionalität.
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Hybridfahrzeugsysteme,
die das ESS-System aufweisen, müssen
ständig
den elektrische Energie speichernden Vorrichtungen des Fahrzeugs, die
typischerweise Hochspannungsbatteriesysteme oder andere elektrische
Energie speichernde Vorrichtungen umfassen, erneut Energie zuführen. Das erneute
Zuführen
von Energie zu den elektrische Energie speichernden Vorrichtungen
kann die Form von Regenerierungsvorgängen, wobei die elektrische
Energie aus kinetischer Energie des Fahrzeugs gewonnen wird, und
Ladevorgängen,
bei denen elektrische Energie aus der Brennkraftmaschinenleistung
des Fahrzeugs gewonnen wird, annehmen. Energie zum Laden stammt
typischerweise von Drehmoment, das durch Umdrehung der Brennkraftmaschine
erzeugt wird, die eine elektrische Maschine, d. h. einen Generator,
antreibt, der zum Erzeugen elektrischer Energie zur Speicherung
in der elektrische Energie speichernden Vorrichtung dient. Energie
zur Regenerierung stammt typischerweise aus rekuperativer Bremsung,
wobei die kinetische Energie des Fahrzeugs gewonnen wird, indem
der Endantrieb zum Übertragen
von Drehmoment durch den Antriebsstrang zur elektrischen Maschine
veranlasst wird.
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Während der
rekuperativen Bremsung gewonnene elektrische Energie ist auf das
Drehmoment beschränkt,
das durch den gesamten Antriebsstrang zur elektrischen Maschine übertragen
werden kann, was einen Betriebsbereich bedeutet, in dem die Drehmomentwandlerkupplung
sich in einem Überbrückungsmodus
oder einem Modus gesteuerten Schlupfs befindet. Unter Bezug nun
auf 2 zeigt Linie A einen typischen Schaltpunkt vom
zweiten auf den dritten Gang eines Viergang-Automatikgetriebes,
der auf Fahrzeuggeschwindigkeit und Drosselstellung beruht. Linie
B stellt eine typische Betriebslinie für eine Drehmomentwandlerkupplungsbetätigung dar,
die auf Fahrzeuggeschwindigkeit und Drosselstellung für einen
dritten Gang beruht. In dem Betriebsbereich rechts der Linie B wird die
Drehmomentwandlerkupplung eingerückt.
In dem Betriebsbereich links der Linie B ist die Drehmomentwandlerkupplung
offen oder nicht überbrückt und
rekuperative Bremsung ist deaktiviert. Wie ersichtlich ist, ist
zwischen den Linien A und B ein beträchtlicher Betriebsbereich vorhanden,
in dem das Fahrzeug betrieben werden kann, in dem aber eine rekuperative Bremsung
aufgrund von Beschränkungen
in Verbindung mit NVH und anderer Probleme nicht erfolgen kann.
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Es
besteht ein Bedarf, den Betriebsbereich einer Drehmomentwandlerkupplung
bei einem Fahrzeug, das rekuperative Bremsung einsetzt, zu vergrößern, um
dessen Vorteile zu erzielen, ohne Fahrzeug-NVH und andere Fahrverhaltensaspekte
zu beeinträchtigen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
werden ein Verfahren und ein System angeboten, die die oben genannten
Probleme angehen und es dem Fahrzeug ermöglichen, Vorteile umfassender
zu nutzen, die mit einem breiteren Betriebsbereich für das Einrücken der
Drehmomentwandlerkupplung erreichbar sind. Die Erfindung umfasst
ein Verfahren und ein System zum Ermitteln von Überbrücken und Überbrückungsfreigabe der Drehmomentwandlerkupplung
beruhend auf Fahrereingabe, typischerweise Drosselstellung oder
Gaspedalstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Brennmaschinenlast,
was ein umfassenderes Gewinnen von Energie während rekuperativer Bremsung
ermöglicht, während Endantriebsstörungen bewältigt werden.
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Um
die Aufgabe dieser Erfindung zu verwirklichen, werden ein Verfahren
und ein Herstellungsartikel vorgesehen, die zum elektrischen Regenerie ren einer
elektrische Energie speichernden Vorrichtung unter Verwendung von
kinetischer Energie eines Fahrzeugs dienen. Das beispielhafte Fahrzeug
weist eine Brennkraftmaschine auf, die mit einer elektrischen Maschine
und einem mit einer Getriebevorrichtung wirkverbundenen Drehmomentwandler
wirkverbunden ist. Die kinetische Energie des Fahrzeugs ist auf
die elektrische Maschine übertragbar,
die mit der elektrische Energie speichernden Vorrichtung elektrisch
verbunden ist. Das Verfahren umfasst das Überwachen einer Forderung des
Fahrers nach Leistung, der Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und
der Brennkraftmaschinenlast. Eine Überbrückungskupplung für den Drehmomentwandler
wird beruhend auf der Forderung des Fahrers nach Leistung, der Fahrzeuggeschwindigkeit
und der Brennkraftmaschinenlast betätigt.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Betätigen der Überbrückungskupplung für den Drehmomentwandler,
wenn die Brennkraftmaschinenlast unter einer ersten kalibrierten
Brennkraftmaschinenlast liegt, wobei die erste kalibrierte Brennkraftmaschinenlast
beruhend auf der Forderung des Fahrers nach Leistung und der Fahrzeugbetriebsgeschwindigkeit
ermittelt wird.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Deaktivieren der
betätigten Überbrückungskupplung
für den
Drehmomentwandler, wenn die Brennkraftmaschinenlast größer als
eine zweite kalibrierte Brennkraftmaschinenlast ist, wobei die zweite
kalibrierte Brennkraftmaschinenlast beruhend auf der Forderung des
Fahrers nach Leistung und der Fahrzeugbetriebsgeschwindigkeit ermittelt
wird.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung umfasst, dass die erste kalibrierte
Brennkraftmaschinenlast bei jeder überwachten Forderung des Fahrers
nach Leistung und bei jeder überwachten
Fahrzeugbetriebsge schwindigkeit größer als die zweite kalibrierte
Brennkraftmaschinenlast ist.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Deaktivieren der
betätigten Überbrückungskupplung
für den
Drehmomentwandler bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die kleiner
als eine kalibrierte Getriebeschalt-Fahrzeuggeschwindigkeit ist, wenn die
Forderung des Fahrers nach Leistung unter einem vorgegebenen Leistungsgrenzwert
liegt und die Brennkraftmaschinenlast unter der zweiten kalibrierten
Brennkraftmaschinenlast liegt.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Betätigen der Überbrückungskupplung für den Drehmomentwandler,
so dass Kupplungsschlupf im Wesentlichen null ist, und das Betätigen der Überbrückungskupplung
für den
Drehmomentwandler, so dass ein gesteuerter Kupplungsschlupf unter
einem vorgegebenen Schlupfbetrag vorliegt.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Betätigen der Überbrückungskupplung für den Drehmomentwandler
beruhend auf der Forderung des Fahrers nach Leistung, der Brennkraftmaschinenbetriebsdrehzahl,
der Brennkraftmaschinenlast und dem Atmosphärendruck sowie dem Betrieb
eines Tempomats.
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Diese
und andere Ausgestaltungen der Erfindung werden für den Fachmann
bei Lesen und Verstehen der folgenden näheren Beschreibung der Ausführungsformen
offensichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen eine
physikalische Form annehmen, deren bevorzugte Ausführungsform
in den Begleitzeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, näher beschrieben
und veranschaulicht wird, und wobei:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Brennkraftmaschinen- und Steuersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 ein
beispielhaftes Datendiagramm gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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3 und 4 beispielhafte
Datendiagramme gemäß der vorliegenden
Erfindung sind.
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Eingehende Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
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Unter
Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte lediglich
dem Zweck der Veranschaulichung der Erfindung und nicht dem Zweck
der Einschränkung
derselben dient, zeigt 1 eine schematische Zeichnung
eines ein beispielhaftes Brennkraftmaschinen- und Steuersystem umfassenden
Fahrzeugantriebssystems, das nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ausgelegt wurde. Das beispielhafte System, das als riemengetriebenes Generator/Starter-System
(,BAS', kurz vom
engl. Belt-Driven
Alternator/Starter) beschrieben wird, umfasst ein Antriebsstrangsystem
mit Brennkraftmaschine 20, einem Getriebe 24 mit
Drehmomentwandler 22, einer Motor-Generator-Einrichtung 34 und
einer Leistungselektronikbox (,PEB', kurz vom engl. Power Electronics Box) 36,
die jeweils mittels eines Busses 6 eines lokalen Netzes
(LAN) mit einem verteilten Steuersystem signal- und/oder wirkverbunden sind.
Das verteilte Steuersystem umfasst u. a. ein Brennkraftmaschinensteuermodul
(ECM, kurz vom engl. Engine Control Module) 10, ein Getriebesteuermodul
(TCM, kurz vom engl. Transmission Control Module) 12, ein
Bremsensteuermodul (BCM, kurz vom engl. Brake Control Module) 14,
ein Energiespeicherungssteuermodul (ESCM, kurz vom engl. Energy
Storage Control Module) 18 und ein Steuergerät für Heizung,
Lüftung
und Klimaanlage (HVAC, kurz vom engl. Heating-Ventilation-Air Conditioning Controller) 16.
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Das
Antriebsstrangsystem umfasst die Brennkraftmaschine 20,
die zum Liefern von Zugleistung zum Antreiben von Rädern 28 unter
Verwendung bekannter Leistungsübertragungsvorrichtungen
dient, welche umfassen: den Drehmomentwandler 22, der eine
Drehmomentwandlerkupplung oder TCC (nicht dargestellt) umfasst,
das Getriebe 24 und einen Fahrzeugendantrieb 26,
der typischerweise eine Getriebe/Differentialeinheit für ein Fahrzeug
mit Vorderradantrieb oder alternativ eine Hinterachsdifferentialeinheit
für ein
Fahrzeug mit Hinterradantrieb oder andere bekannte Vorrichtungen
zum Übertragen
von Leistung auf die Fahrzeugräder
umfasst. Alternativ ist das Fahrzeug so betreibbar, dass kinetische
Energieeingabe des Fahrzeugs als Drehmoment durch die angetriebenen
Räder 28 des
Fahrzeugs, durch den Fahrzeugantriebsstrang 26 zum Getriebe 24,
den Drehmomentwandler 22 und die Brennkraftmaschine 20 zu
einem bidirektionalen Hilfsaggregatriemenantriebssystem 32 und
einer Motor-Generator-Einrichtung 34 übertragen
wird.
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Die
Motor-Generator-Einrichtung (,MGU', kurz vom engl. Motor-Generator Unit) 34 umfasst eine
elektrische Maschine, die betreibbar ist, um als Drehmoment erzeugende
Vorrichtung und als elektrisch-generative Vorrichtung, bevorzugt
abhängig von
Fahrzeugbetrieb und einem Steuersignal von dem Steuergerät 10 zu
der Leistungselektronikbox (,PEB') 36 und anderen
Steuersignalen, zu dienen. Die PEB 36 umfasst die Funktionen
eines Leistungsumrichtermoduls (PIM, kurz vom engl. Power Inverter Module)
und eines Hilfssleistungsmoduls (APM, kurz vom engl. Auxiliary Power
Module) und ist mit der MGU 34 und einer Hochspannungsbatterie
(,HV', kurz vom
engl. High Voltage) 40, die bevorzugt bei 36/42 VDC
arbeitet, und einer herkömmlichen
Zwölfvoltbatterie 38 elektrisch
verbunden, um dazwischen elektrische Energie selektiv zu übertragen.
Die PEB dient zum Steuern des Betriebs einer elektrisch betriebenen
Hilfsölpumpe 30,
die an einem Hydraulikkreislauf des Getriebes 24 fluidisch
angebracht ist, um während
bestimmter Betriebsbedingungen, einschließlich Abschalten der Brennkraftmaschine
und Abschalten des Fahrzeugs, in dem Hydraulikkreislauf druckbeaufschlagtes
Fluid vorzusehen. Es versteht sich, dass die Hochspannungsbatterie 40 und
die herkömmliche
Zwölfvoltbatterie 38 eine
beliebige von verschiedenen Vorrichtungen umfassen können, die zum
Bereitstellen einer elektrischen Energie speichernden Kapazität am Fahrzeug
dienen.
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Die
Brennkraftmaschine 20 ist mit dem bidirektionalen Hilfsaggregatriemenantriebssystem 32 wirkverbunden,
bevorzugt an einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
Das bidirektionale Hilfsaggregatriemenantriebssystem 32 arbeitet
in einem ersten Betriebszustand, der einen elektrisch Energie erzeugenden
Modus umfasst, und in einem zweiten Betriebszustand, der einen Drehmoment
erzeugenden Modus umfasst. In dem ersten, dem elektrische Energie
erzeugenden Modus liefert die Brennkraftmaschine 20 Drehmoment
zu dem Hilfsaggregatriemenantriebssystem 32, wobei Leistung
und Energie zu der Motor-Generator-Einrichtung 34 (,MGU') und anderen Hilfsaggregaten übertragen
werden. In dem ersten Modus fungiert die MGU 34 als elektrische
Energie erzeugende Vorrichtung zum Auffüllen oder Laden des elektrisch
Energie speichernden Systems, das die Hochspannungsbatterie (,HV') 40 und
die Zwölfvoltbatterie 38 umfasst, mit
Hilfe des von der Brennkraftmaschine 20 erzeugten Drehmoments
und/oder kinetischer Energie von dem Fahrzeug. In dem zweiten, dem
Drehmoment erzeugenden Modus fungiert die MGU 34 als elektrischer
Motor zum Erzeugen von Drehmoment, das mittels des Hilfsaggregatriemenantriebssystems 32 zu
der Brennkraftmaschine 20 übertragen wird, um den Brennkraftmaschinenbetrieb
zu starten, wobei in dem elektrische Energie speichernden System
gespeicherte elektrische Energie genutzt wird. Die MGU 34 kann
weiterhin als der elektrische Motor zum Erzeugen von Drehmoment
fungieren, das zu der Brennkraftmaschine 20 übertragen
wird, um Brennkraftmaschinenbetrieb zu stabilisieren und ein Drehmomentdämpfen für den Fahrzeugendantrieb
vorzusehen.
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Das
verteilte Steuersystem umfasst ein integriertes Fahrzeugsteuersystem,
wobei die Steuergeräte,
einschließlich
ECM 10, TCM 12, BCM 14, HVAC 16,
mittels LAN 6 signalverbunden sind, um verschiedene Aufgaben
zu erfüllen.
Jeder der vorstehend erwähnten
Steuerprozessoren ist bevorzugt ein digitaler Universalrechner,
der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor,
ROM, RAM und I/O, einschließlich
A/D und D/A, umfasst. Jeder Steuerprozessor umfasst einen Satz von
Steueralgorithmen, der residente Programmbefehle und Kalibrierungen
umfasst, die im ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen
Funktionen vorzusehen. Eine Informationsübertragung zwischen den verschiedenen
Steuerprozessoren wird bevorzugt mittels des vorstehend erwähnten LAN verwirklicht.
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Das
verteilte Fahrzeugsteuersystem ist mit mehreren Erfassungsvorrichtungen
signalverbunden und mit mehreren Ausgangsvorrichtungen wirkverbunden,
um den Betrieb der Brennkraftmaschine 20, des Getriebes 24 und
der MGU 34 und der PEB 36 ständig zu überwachen und zu steuern.
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Dies
umfasst das Überwachen
von Bedingungen der HV-Batterie 40 und das Ermitteln des
Ladezustands der HV-Batterie 40. Die gesteuerten Ausgangsvorrichtungen
umfassen bevorzugt Subsysteme für
das ordnungsgemäße Steuern
und Arbeiten der Brennkraftmaschine 20, einschließlich zum
Beispiel ein Luftansaugsystem mit einem Drosselsteuersystem, eine
Kraftstoffeinspritzanlage, eine Fremdzündungsanlage (bei Verwenden
einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung), einer Abgasrückführungsanlage
und ein Verdampfungssteuersystem. Die (nicht dargestellten) Erfassungsvorrichtungen umfassen
Vorrichtungen, die zum Überwachen
des Brennkraftmaschinenbetriebs dienen, einschließlich Kurbelwellendrehzahl
der Brennkraftmaschine (U/MIN) und Brennkraftmaschinenlast, was
Krümmerdruck
(,MAP', kurz vom
engl. Manifold Pressure) und/oder Luftdurchsatz (,MAF', kurz vom engl.
Manifold Airflow) umfasst. Das ECM 10 dient bevorzugt zum
regelmäßigen Ermitteln
eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine beruhend auf dem überwachten
Betrieb der Brennkraftmaschine. Andere Sensoren umfassen solche,
die zum Überwachen von
Außenbedingungen
und von Fahrerforderung dienen, und sind typischerweise mittels
Kabelbäumen
mit dem Systemsteuergerät 10 signalverbunden.
Fahrereingaben umfassen eine Fahrerforderung nach Leistung, was
durch eine Stellung des Gaspedals 4 oder einen (nicht dargestellten)
Drosselstellungssensor ermittelt wird, sowie eine Fahrereingabe
zu einem Bremspedal (Forderung nach negativer Beschleunigung des
Fahrzeugs oder Bremsen) und Fahrereingabe zu einem Tempomat (Forderung
nach gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit).
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Steueralgorithmen
in jedem der Steuerprozessoren werden typischerweise während vorgegebenen
Wiederholungszyklen ausgeführt,
so dass jeder Steueralgorithmus mindestens einmal pro Wiederholungszyklus
ausgeführt
wird. In den nicht flüchtigen
Speichervorrichtungen gespeicherte Algorithmen werden durch den
jeweiligen Hauptprozessor ausgeführt
und dienen zum Überwachen
von Eingängen
der Erfassungsvorrichtungen und zum Ausführen von Steuer- und Diagnoseroutinen
zum Steuerung des Betriebs der jeweiligen Vorrichtung, wobei vorgegebene
Kalibrierungen verwendet werden. Wiederholungszyklen werden typischerweise
während
des Brennkraftmaschinen- und Fahrzeugbetriebs alle 3,125, 6,25,
12,5, 25 und 100 Millisekunden ausgeführt. Alternativ können Steueralgorithmen als
Reaktion auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Ein zyklisches Ereignis, z. B. das Berechnen von Kraftstoffzufuhr
zur Brennkraftmaschine, kann pro Brennkraftmaschinenzyklus ausgeführt werden.
Eine Maßnahme
zum Starten der Brennkraftmaschine 20 nach ihrem Abschalten
wird bevorzugt als Reaktion auf ein Ereignis ausgeführt, z.
B. eine Forderung des Fahrers nach Beschleunigung, was durch Überwachen
der Fahrereingabe zu dem Gaspedal 4 detektiert wird. Alternativ
kann die Maßnahme
zum Starten der Brennkraftmaschine 20 nach ihrem Abschalten
ein quasizyklisches Ereignis sein, wobei das Antriebsstrang-Steuergerät 10 Fahrzeugbedingungen
wie Umgebungslufttemperatur zyklisch überwacht und ein Brennkraftmaschinenstartereignis bei
einem folgenden Wiederholungszyklus implementiert, um zusätzliche
Funktionalität
vorzusehen.
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Das
integrierte Fahrzeugsteuersystem ist mit den vorstehend erwähnten Sensoren
und anderen Erfassungsvorrichtungen signalverbunden und ist mit Ausgangsvorrichtungen
zum Überwachen
und Steuern von Brennkraftmaschinen- und Fahrzeugbetrieb wirkverbunden.
Die Ausgangsvorrichtungen umfassen bevorzugt Subsysteme, die ein
ordnungsgemäßes Steuern
und Betreiben des Fahrzeugs, einschließlich der Brennkraftmaschine,
des Getriebes und der Bremsen, vorsehen. Die Erfassungsvorrichtungen,
die dem Fahrzeug eine Signaleingabe liefern, umfassen Vorrichtungen,
die zum Überwachen von
Fahrzeugbetrieb, von externen Bedingungen und Umgebungsbedingungen
und von Fahrerbefehlen dienen.
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Im
Gesamtbetrieb sendet das ECM 10 abhängig von der erwünschten
Hybridfunktion Steuerbefehle zu der PEB 36 in Form von
Drehmoment-, Geschwindigkeits- oder Spannungssteuerbefehlen. Die
PEB sendet wichtige Steuerparameter wie Brennkraftmaschinendrehzahl,
geliefertes Drehmoment, Temperatur und Diagnose. Das ESCM 18 überwacht
wichtige Eingaben zum Unterstützen
der Zustandsoptimierung der Hybridbatterie (d. h. HV-Batterie 40)
zusätzlich
zum Unterstützen
der automatischen Gebläse-
und Abschaltsteuerung. Das ECM und das TCM wirken zusammen, um den
Gangschalt- und TCC-Betrieb zu koordinieren, um Kraftstoffwirtschaftlichkeit
zu maximieren und Fahrverhalten zu optimieren. Jede dieser Steuermaßnahmen wird
bevorzugt ausgeführt,
während
der Betrieb des BCM und des HVAC integriert werden. Das Arbeiten des
Hybrid-Antriebstrangs des beispielhaften Systems umfasst bevorzugt
Starten/Abschalten der Brennkraftmaschine; Schubabschalten während negativer
Beschleunigung des Fahrzeugs unter Verwendung der elektrischen Maschine 34,
um ein Glätten
des Endantriebsdrehmoments vorzusehen; Steuerung des Ladens/Entladens
der Batterie; rekuperative Bremsung; elektrische Servounterstützung und elektromotorisches
Kriechen
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Die
Brennkraftmaschine 20 umfasst eine beliebige einer Reihe
bekannter Brennkraftmaschinenkonfigurationen, einschließlich zum
Beispiel einer Vierzylinder-Viertakt-Fremdzündungsbrennkraftmaschine. Ihr
Betrieb wird vorrangig durch das ECM 10 gesteuert.
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Das
beispielhafte Getriebe umfasst bevorzugt eine bekannte automatische
Doppelkupplungs-Viergang-Getriebevorrichtung, die zum Übertragen
von Drehmoment zwischen der Brennkraftmaschine und dem Drehmomentwandler
und dem Antriebsstrang dient. Das Getriebe 24 weist mehrere Übersetzungsstufen
auf, die typischerweise Getriebe-Eingangs- /Ausgangsdrehzahlverhältnisse
vorsehen, die von etwa 3,0/1 bis zu 0,74/1 reichen. Sein Betrieb
wird vorrangig durch das TCM 12 gesteuert.
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Der
Drehmomentwandler 22 umfasst eine (nicht dargestellte)
bekannte Drehmomentwandlerkupplung, die überbrücken kann. Die Drehmomentwandlerkupplung
ist zu einer offenen Stellung, einer überbrückten Stellung und einem Zustand
gesteuerten Schlupfs steuerbar. Wenn sich die Drehmomentwandlerkupplung
in der überbrückten Stellung
befindet, ist die Antriebsdrehzahl zum Getriebe 24 gleich der
Brennkraftmaschinendrehzahl, die typischerweise als Drehzahl der
Brennkraftmaschinenkurbelwelle in Umdrehungen pro Minute oder ,U/MIN' gemessen wird. Wenn
sich die Drehmomentwandlerkupplung in dem Zustand gesteuerten Schlupfs
befindet, liegt die Antriebsdrehzahl zu dem Getriebe 24 innerhalb
einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschinendrehzahl, typischerweise
eine Differenz von etwa zwanzig U/MIN. Wenn sich die Drehmomentwandlerkupplung in
der offenen Stellung befindet, gibt es keine feste Beziehung zwischen
der Antriebsdrehzahl zum Getriebe 24 und der Brennkraftmaschinendrehzahl.
Die Drehmomentwandlerkupplung wird typischerweise durch einen solenoid-artigen
Aktor gesteuert, der von dem TCM 12 gesteuert wird.
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Das
TCM 12 umfasst bevorzugt Steueralgorithmen und vorgegebene
Kalibrierungen, die zum Steuern des laufenden Betriebs des Getriebes 24 und
der Drehmomentwandlerkupplung 22, bevorzugt koordiniert
mit anderen Steuerprozessoren, verwendbar sind. Die Getriebekalibrierung
umfasst bevorzugt ein vorgegebenes Gangschaltmuster, das das Gangschalten
in dem Getriebe beruhend auf Fahrerdrehmomentforderungen steuert,
die Eingaben zum Gaspedal, Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine
und Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. In einem mit elektronischer
Drosselsteuerung ausgestatteten System, bei dem das Gaspedal 4 enthal ten ist,
das ein elektrisches Signal zum Betreiben eines Drosselmotors sendet,
ist die Gaspedalstellung (APS, kurz vom engl. Accelerator Pedal
Position) von der Stellung der Drossel (TPS, kurz vom engl. Throttle
Position) effektiv abgekoppelt. Es können zum Beispiel abhängig von
der Fahrzeuggeschwindigkeit und vorübergehender Maßnahmen
des Fahrers ein niedriger Wert für
APS und ein großer
Wert für
TPS und die Brennkraftmaschinenlast (MAP) vorliegen. Ferner können während eines
Gasgebe-Vorgangs
ein kleiner Wert für
APS und ein großer
Wert für
TPS und MAP vorliegen, wogegen unter quasistatischem Betrieb ein
niedriger Wert für
APS vorliegen kann, da der Fahrer das Gas langsam (aber nicht auf
APS = 0) wegnimmt, was mit einem niedrigen Wert für MAP verbunden
ist.
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Unter
erneutem Bezug auf 1 und ferner unter Bezug auf 2-4 wird
nun eine Ausführungsform
der Erfindung näher
beschrieben, bei der das zuvor beschriebene Fahrzeugantriebssystem wie
hierin näher
beschrieben arbeitet. Das verteilte Fahrzeugsteuersystem umfasst
ein darin codiertes Computerprogramm zum Ausführen eines Verfahrens zum Regenerieren
der elektrische Energie speichernden Vorrichtung unter Verwendung
kinetischer Energie des Fahrzeugs. Wie hierin beschrieben unterscheidet
sich das Regenerieren der elektrische Energie speichernden Vorrichtung
unter Verwendung kinetischer Energie des Fahrzeugs von dem Laden der
elektrische Energie speichernden Vorrichtung darin, dass die Energie
zum Regenerieren aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs gewonnen
wird, wogegen Energie zum Laden der elektrische Energie speichernden
Vorrichtung aus Leistung gewonnen wird, die durch den Betrieb der
Brennkraftmaschine erzeugt wird. Das Computerprogramm umfasst das Überwachen
einer Forderung des Fahrers nach Leistung, bevorzugt unter Verwendung
einer Eingabe zu dem Gaspedal 4, und Fahrzeuggeschwindigkeit. Weiterhin
wird die Brennkraftmaschinenlast ermittelt, bevorzugt durch Überwachen
des Ansaugunterdrucks der Brennkraftmaschine (in kPA) unter Verwendung
des vorstehend erwähnten
MAP-Sensors. Die Drehmomentwandlerkupplung oder TCC wird beruhend
auf der Forderung des Fahrers nach Leistung, der Fahrzeugbetriebsgeschwindigkeit
und der Brennkraftmaschinenlast betätigt. Das Betätigen der TCC
umfasst das Betätigen
der Überbrückungskupplung
für den
Drehmomentwandler, wenn die Brennkraftmaschinenlast unter einer
ersten kalibrierten Brennkraftmaschinenlast liegt, was beruhend
auf der Forderung des Fahrers nach Leistung und der Fahrzeugbetriebsgeschwindigkeit
ermittelbar ist. Die TCC-Betätigung
wird nun unter Bezug auf 2 und 3 gezeigt,
die charakteristische Datendiagramme mit beispielhaften Kalibrierungen
für das
Betätigen
der Drehmomentwandlerkupplung in dem dritten Gang des vorstehend
beschriebenen beispielhaften Fahrzeugsystems umfassen. 2 zeigt
eine Kalibrierung für
das Betätigen
der TCC, wenn die Forderung des Fahrer nach Leistung oder Drehmoment, APS,
kleiner als ein vorgegebener Wert für eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit
ist. Linie C zeigt die Kalibrierungswerte für die Forderung des Fahrers nach
Leistung und Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine endgültige Entscheidung des Fahrzeugsteuersystems,
die TCC zu betätigen,
beruht weiterhin auf Brennkraftmaschinenlast, wie in 3 gezeigt
wird, die die TCC-Überbrückung (d.
h. betätigt),
einen gesteuerten Schlupf und TCC offen (d. h. deaktiviert) für einen
Betrieb bei drittem Gang über
einem Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten demonstriert. Die betätigte TCC
wird anschließend
bei einem Betriebspunkt deaktiviert, der ermittelt wird, wenn die
Brennkraftmaschinenlast größer als
eine ermittelbare zweite kalibrierte Brennkraftmaschinenlast ist,
wobei die zweite kalibrierte Brennkraftmaschinenlast beruhend auf
der Forderung des Fahrers nach Leistung und der Fahrzeugbetriebsgeschwindigkeit
ermittelt wird. Die erste kalibrierte Brennkraftmaschinenlast ist
bei jeder überwachten
Forderung des Fahrers nach Leistung und bei jeder überwachten
Fahrzeugbetriebsgeschwindigkeit bevorzugt größer als die zweite kalibrierte
Brennkraftma schinenlast. Wenngleich diese Betätigungs-/Deaktivierungshysterese
beschrieben wurde, wird sie graphisch nicht dargestellt. Ein spezifisches
Merkmal des beschriebenen Steuersystems wird unter Bezug auf 2 gezeigt,
wobei die TCC bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer kalibrierten
Getriebeschalt-Fahrzeuggeschwindigkeit (Linie A) betätigt bleiben
kann (Linie C), wenn die Forderung des Fahrers nach Leistung unter
einem vorgegebenen Leistungsgrenzwert liegt und die Brennkraftmaschinenlast
unter der zweiten kalibrierten Brennkraftmaschinenlast liegt. Nun
wird der Betrieb des Systems unter Bezug auf 2 und 3 erläutert, wobei
der Betrieb des beispielhaften Systems in weiterem Detail beschrieben
wird.
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3 und 4 umfassen
charakteristische Datendiagramme mit beispielhaften Kalibrierungen zum
Steuern des Überbrückens der
Drehmomentwandlerkupplung. 3 zeigt
die Kalibrierung für den
Betrieb des beispielhaften Getriebes 24 im dritten Gang. 4 zeigt
die Kalibrierung für
den Betrieb des beispielhaften Getriebes 24 im vierten
Gang. Die Kalibrierung steuert das Überbrücken der Drehmomentwandlerkupplung
in einer überbrückten Stellung,
einem Zustand gesteuerten Schlupfs und steuert auch das Öffnen der
TCC, wie in beiden 3 und 4 gezeigt
wird. Wenn die TCC überbrückt ist,
wird der Betrieb der Drehmomentwandlerkupplung beruhend auf Fahrzeuggeschwindigkeit
(kph) und Brennkraftmaschinenlast (MAP) ermittelt. Wenn die Brennkraftmaschinenlast
unter oder über
der TCC-Überbrückungskalibrierungslinie
liegt, wird die Drehmomentwandlerkupplung betätigt, was eine rekuperative
Bremsung ermöglicht.
Wenn die Brennkraftmaschinenlast größer als die Kalibrierungslinie für die offene
TCC ist, d. h. unter der Kalibrierungslinie der TCC-Überbrückung, aber über der
Kalibrierungslinie für
die offene TCC, wird die Drehmomentwandlerkupplung in einem gesteuerten
Schlupfbetrieb betätigt,
und die rekuperative Bremsung kann weiter erfolgen. Wenn die Brennkraftmaschinenlast größer als
die Kalibrierungslinie für
die offene TCC ist, ist die TCC offen und es erfolgt keine rekuperative Bremsung.
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Unter
erneutem Bezug auf 2 umfasst Linie A eine beispielhafte
herkömmliche
Kalibrierungslinie zum Schalten zwischen dem zweiten und dritten Gang
beruhend auf Fahrzeuggeschwindigkeit (Kilometer pro Stunde oder
kph) und die Drehmomentforderung des Fahrers, die die zuvor erwähnte APS
ist. Linie B umfasst eine beispielhafte herkömmliche Kalibrierungslinie
des Stands der Technik zum Anlegen der Drehmomentwandlerkupplung
für den
Betrieb im dritten Gang als Funktion von Fahrzeuggeschwindigkeit
(in kph) und Drehmomentforderung des Fahrers, APS. Linie C zeigt
die Kalibrierungslinie zum Anlegen der Drehmomentwandlerkupplung,
die durch Addieren der Größe der Brennkraftmaschinenlast
oder MAP gemäß der Erfindung
angepasst wurde. Die Linie C der Drehmomentwandlerkupplungskalibrierung demonstriert
einen erweiterten Betriebsbereich für die TCC, insbesondere bei
niedrigen Werten von Drehmomentforderungen des Fahrers. Dies umfasst eine
Fähigkeit,
die TCC über
dem 2-3-Schaltpunkt (unter Bezug auf Linie A gezeigt) betätigen oder
aktivieren zu lassen, wenn die Drehmomentforderung des Fahrers niedrig
ist. Dies vergrößert den
möglichen
Betriebsbereich der TCC, was dem Fahrzeug eine größere Möglichkeit
zum Einsatz der rekuperativen Bremsung bietet.
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Ein
beispielhafter erfindungsgemäßer Betriebspunkt
wird bei Punkt E gezeigt, wobei das Getriebe im dritten Gang bei
einer Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 48 kph und einer Drosselstellung oder
APS von etwa 15 Prozent arbeitet. In dieser Situation beruht, wie
unter Bezug auf die Kalibrierung in 3 gezeigt,
der Betrieb der Drehmomentwandlerkupplung auf der Motorlast (MAP).
Bei einem herkömmlichen
Steuersystem des Stands der Technik, das unter Bezug auf Linie B
von 2 gezeigt wird, würde die TCC nicht betätigt werden.
Bei einer unter Bezug auf 2 und 3 gezeigten
lastbasierten TCC-Überbrückungskalibrierung
kann die TCC betätigt
werden. In dieser Situation würde
unter Bezug spezifisch auf 3 das Betätigen der
TCC auf Brennkraftmaschinenlast beruhen. Wenn die Brennkraftmaschinenlast
50 kPa oder weniger beträgt, würde die
TCC überbrückt werden.
Wenn die Brennkraftmaschinenlast zwischen 50 kPa und etwa 90 kPa
liegt, würde
ein Zustand gesteuerten Schlupfs eintreten. Jeder der vorstehend
erwähnten
Zustände würde ein
gewisses Maß an
rekuperativer Bremsung ermöglichen.
Nur wenn die Brennkraftmaschinenlast größer als etwa 90 kPa ist, würde die
TCC offen sein, was keine Form von rekuperativer Bremsung eintreten
lassen würde.
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Somit
werden die Fahrereingabe in Form von Drosselstellung oder Gaspedalstellung,
Fahrzeuggeschwindigkeit und Brennkraftmaschinenlast jeweils zum
Ermitteln genutzt, ob die Drehmomentwandlerkupplung zu betätigen ist.
Nach Betätigung
wird die Drehmomentwandlerkupplung deaktiviert, wenn eines von:
Fahrerforderung nach Leistung, Fahrzeuggeschwindigkeit oder Brennkraftmaschinenlast
außerhalb
der kalibrierten Werte fällt.
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Bei
einer weiteren Verbesserung der Erfindung wird Hysterese in das
System eingeführt,
wobei das Steuersystem so kalibriert wird, dass die Fahrereingabe,
die Grenzwerte für
Fahrzeuggeschwindigkeit und Brennkraftmaschinenlast, die zum anfänglichen Überbrücken der
Drehmomentwandlerkupplung erforderlich sind, größer als die Grenzwerte sind,
die zum Aufheben der Überbrückung der überbrückenden
Drehmomentwandlerkupplung erforderlich sind. Diese Hysterese wird
bevorzugt auf die Fahrereingabe anwendet, d. h. die Forderung des Fahrers
nach Leistung, wenngleich sie auch auf Fahrzeuggeschwindigkeit,
Brennkraftmaschinenlast und Fahrereingabe angewendet werden kann.
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Bevorzugt
umfasst das Betätigen
der Drehmomentwandlerkupplung das Betätigen der Überbrückungskupplung bei einem Fahrzeug-/Brennkraftmaschinen-Betriebspunkt,
bei dem der Kupplungsschlupf im Wesentlichen null ist, d. h. dort
liegt keine Drehzahldifferenz zwischen dem Ausgang der Brennkraftmaschinenkurbelwelle
und dem Eingang zum Getriebe vor. Das Betätigen der Überbrückungskupplung für den Drehmomentwandler
kann auch das Betätigen
der Überbrückungskupplung
für den Drehmomentwandler
umfassen, so dass ein gesteuerter Kupplungsschlupf kleiner als ein
vorgegebener Betrag an Schlupf für
eine Zeitdauer vorliegt, mit einer Differenz in dem Bereich von
zwanzig Umdrehungen pro Minute (20 U/MIN) zwischen der Kurbelwellendrehzahl
der Brennkraftmaschine und der Drehzahl der Eingangswelle zum Getriebe.
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Das
System umfasst weiterhin das Betätigen der Überbrückungskupplung
für den
Drehmomentwandler beruhend auf der Forderung des Fahrers nach Leistung,
der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Brennkraftmaschinenlast und dem
Atmosphärendruck
und dem Betrieb des Tempomats. Dieser Betrieb umfasst bevorzugt
das Anwenden eines Faktors für
Atmosphärendruck,
welcher durch das ECM unter Verwendung des MAP-Sensors ermittelbar
ist, und eines Ausgleichs für
das Betreiben des Tempomats an den MAP- oder Last-Grenzwerten. In
einem beispielhaften System wird für die Drosselreaktion bei großen Höhen der
MAP-Grenzwert, bei dem die TCC zum Schlupf gebracht oder geöffnet wird,
bevorzugt beruhend auf Atmosphärendruck
um einen vorgegebenen Wert gesenkt. Analog wird der MAP-Grenzwert
bevorzugt um einen vorgegebenen Wert gesenkt, wenn die Geschwindigkeitsregelung
aktiviert ist, um die Steuerbarkeit der Geschwindigkeit auf einem
unregelmäßigen Straßenbelag
zu verbessern.
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Detaillierte
Ausgestaltungen der vorstehend erwähnten Komponenten der beispielhaften
Ausführungsform
sind einem erfahrenen Techniker bekannt, wenngleich sich versteht,
dass andere Ausführungsformen
unter Verwendung neuartiger Komponenten in den Schutzumfang der
hierin beschriebenen Erfindung fallen können. Wenngleich diese Beschreibung im
Zusammenhang mit einem Fahrzeug mit einem BAS-Hybridsystem erfolgte,
versteht sich, dass andere Ausführungsformen
dieser Erfindung andere Fahrzeugsysteme mit Hybrid- und Nichthybridkonfigurationen
mit Getrieben mit fester Übersetzung
und Überbrückungsdrehmomentwandlern
umfassen können.
Dies umfasst Fahrzeugsysteme, die zum Umwandeln kinetischer Fahrzeugenergie
in elektrisches Energiepotential dienen.
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Diese
Erfindung wurde unter speziellem Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen
und Abwandlungen derselben beschrieben. Weitere Abwandlungen und Änderungen
können
anderen bei Lesen und Verstehen der Schrift in den Sinn kommen.
Sie soll alle diese Abwandlungen und Änderungen umfassen, sofern
sie in den Schutzumfang der Erfindung fallen.