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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption eines Kupplungsmoments beim kupplungsunterstützten Direktstart und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Stand der Technik
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Das vorgestellte Verfahren kann in Verbindung mit einem sogenannten Motorstoppsegel für Kraftfahrzeuge zur Anwendung kommen. Motorstoppsegel bezeichnet einen Betriebszustand eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor dieses Fahrzeugs, wenn es rollt bzw. ausrollt, d. h. wenn dieses ohne Betätigung des Gaspedals fährt, vom restlichen Antriebsstrang getrennt und ggf. zusätzlich abgeschaltet ist. Auf diese Weise werden Schleppverluste des Verbrennungsmotors vermieden, das Fahrzeug erfährt dann nur eine geringe Verzögerung aufgrund von bspw. Rollreibung und Luftwiderstand. Somit kann der Verbrauch des Fahrzeugs reduziert werden.
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In diesem Zusammenhang wird darauf verwiesen, dass derzeit in Serienfahrzeugen nur ein sogenanntes Motorleerlaufsegeln, bei dem der Verbrennungsmotor lediglich vom Antriebsstrang getrennt und nicht abgeschaltet wird, Anwendung findet.
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Betätigt der Fahrer während einer Segelphase das Gaspedal, so wird der Verbrennungsmotor durch das dosierte Schließen der Kupplung bis zum ersten Zünd-OT (ZOT) angedreht. Dies wird als Anreißen des Verbrennungsmotors bezeichnet. Hierbei wird ein Antriebsmoment von den Antriebsrädern auf den Motor übertragen. Anschließend wird die Kupplung wieder geöffnet. Dies wird als Kupplungsabwurf bezeichnet. Der Motor dreht dann selbstständig hoch, die Kupplung wird beim Erreichen der Getriebedrehzahl wieder geschlossen. Somit kann das Motormoment auf die Antriebsräder übertragen werden. In 1 ist ein möglicher Ablauf beim kupplungsunterstützten Direktstart wiedergegeben.
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Auch bei Hybridfahrzeugen wird das Motorstoppsegeln ausgeführt. Hierbei wird eine vergleichbare Vorgehensweise zum Starten des Verbrennungsmotors verwendet, bei der jedoch das eingebrachte Kupplungsmoment durch den elektrischen Antrieb ausgeglichen wird. Dies hat allerdings den Nachteil, dass nicht die volle Leistung des elektrischen Antriebs zum Fahrbetrieb genutzt werden kann, sondern dass ein Reservemoment, der sogenannte Momentenvorhalt, für den Kupplungsstart reserviert ist.
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Zu beachten ist, dass das Kupplungsmoment, das für das Anreißen benötigt wird, bei Nicht-Hybridfahrzeugen den Fahrzeugkomfort maßgeblich bestimmt. Durch das Schließen der Kupplung wird eine Kraft auf die Antriebsräder über die Antriebswelle und das Getriebe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen. Die Kraft, die an den Antriebsrädern wirkt, ist als negative Verzögerung in Längsrichtung des Fahrzeugs bemerkbar, was bei einem großen Kupplungsmoment als ein kurzer Bremsvorgang wahrgenommen wird.
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Deswegen soll erreicht werden, dass ein Kupplungsmoment übertragen wird, das gerade ausreichend ist, um den Motor in einer akzeptablen Zeit zu starten. Ist das Moment jedoch zu niedrig, so kann es sein, dass der Verbrennungsmotor nicht gestartet wird. Die Anpassung des Kupplungsmoments, das zum Starten des Verbrennungsmotors eingestellt wird, wird als Adaption des Kupplungsmoments bezeichnet.
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Bei Hybridfahrzeugen kann diese Adaption dazu verwendet werden, den Momentenvorhalt zu reduzieren, was einen höheren Wirkungsgrad des Fahrzeugs bewirken würde.
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Es ist weiterhin zu beachten, dass beim Kupplungsstart die kinetische Energie des Fahrzeugs genutzt und ein Moment über die Räder an das Getriebe und schließlich über die Kupplung an die Kurbelwelle des Motors übertragen wird. Das Moment, das an der Kurbelwelle wirkt, kann durch die Kupplung bzw. durch deren Betätigung bestimmt werden. Dies bedeutet, dass mit einem Aktor das übertragene Moment an der Kupplung gestellt wird, wodurch das Fahrzeug gestartet wird. Eben dieses Kupplungsmoment soll adaptiert werden.
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Da der beschriebene Vorgang zum Starten des Verbrennungsmotors bei nicht ausreichend adaptiertem Kupplungsmoment von den Insassen des Fahrzeugs als unkomfortabel wahrgenommen wird, sollte die Adaption vorgenommen werden, um nur ein minimal notwendiges Moment an den Motor zu übertragen. Dieses übertragene Moment muss jedoch ausreichend groß sein, um den Motor zu starten.
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Das zu übertragende Kupplungsmoment spiegelt somit einen Kompromiss zwischen Startsicherheit, Startzeit und Fahrkomfort wider. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass über die Betriebszeit des Fahrzeugs sich Änderungen an der Kupplung, der Motorreibung und am Verdichtungsmoment ergeben können. Daraus folgt, dass sich der Kupplungsstart für den Fahrer negativ entwickeln könnte. Folge davon können Fehlstarts und ein geringerer Komfort sein.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs ist aus der Druckschrift
DE 103 49 445 A1 bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit mindestens eines Betriebszustands eines Verbrennungsmotors angetrieben. Das Verfahren ist auch für einen Segelbetrieb geeignet, wobei für eine Kupplung eine Tastpunktadaption durchgeführt wird. Zum Beenden des Segelbetriebs wird die Kupplung geschlossen, sobald die Motordrehzahl der Getriebedrehzahl nahezu entspricht.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 11 vorgestellt. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Bei dem vorgestellten Verfahren zur Adaption eines Kupplungsmoments bei einem kupplungsunterstützten Direktstart eines Verbrennungsmotors, bspw. aus einem Segelbetrieb, ist somit vorgesehen, den im Segelbetrieb ausgeschalteten Verbrennungsmotor durch dosiertes Schließen der Kupplung anzudrehen. Dabei ist das Kupplungsmoment derart einzustellen, dass zwischen Startsicherheit, Startzeit und Fahrkomfort ein Kompromiss eingehalten wird. Weiterhin ist vorgesehen, eine Änderung der an einem Start aus einem Segelbetrieb beteiligten Komponenten durch geeignete Durchführung des Starts mit der Kupplung auszugleichen. Zur eigentlichen Umsetzung des Verfahrens wird während eines Kupplungsstarts ein Zeitraum, der von einer Startanforderung bzw. von einem durch die Startanforderung bewirkten Schließen der Kupplung bis zu einem Kupplungsabwurf oder bis zum Erreichen einer gewissen Drehzahl verstreicht, durch eine Funktion gemessen. Außerdem kann zur Adaption auch die Startposition durch eine bspw. quadratische Funktion berücksichtigt werden.
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Im Gegensatz dazu wurden bislang nur Funktionen implementiert, die für unterschiedliche Fahrzeugzustände ein festes Kupplungsmoment appliziert haben. Das vorgestellte Verfahren hingegen gleicht Änderungen bei den beteiligten Komponenten am Kupplungsstart aus und sichert somit eine konstante Qualität des Kupplungsstarts über die gesamte Betriebsdauer.
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Grundsätzlich ist das Verfahren dazu geeignet, ein Starten eines Verbrennungsmotors mit der Kupplung zu ermöglichen, wobei die Kupplung derart zu schließen ist, dass das Starten des Verbrennungsmotors möglichst komfortabel für die Insassen erfolgt. Zu beachten ist, dass immer eine Fahrzeugreaktion durch das Kupplungsmoment stattfindet.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen möglichen Ablauf beim kupplungsunterstützten Direktstart.
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2 zeigt einen möglichen Verlauf des Kupplungsmoments.
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3 zeigt in einem Diagramm Ergebnisse von Messungen.
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4 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des beschriebenen Verfahrens.
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5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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In 1 ist ein möglicher Ablauf beim kupplungsunterstützten Direktstart dargestellt. In dem gezeigten Graphen ist an einer Abszisse 10 die Zeit [s] und an einer Ordinate 12 eine Motordrehzahl [100/min] aufgetragen. Eine Kurve 14, die den Verlauf der Motordrehzahl wiedergibt, ist in dem Graphen dargestellt. Eine weitere Kurve 16 zeigt an, ob die Kupplung eingekuppelt 18 oder ausgekuppelt 20 ist.
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Der Vorgang beginnt mit dem Motorstoppsegeln 30, d. h. die Drehzahl des Motors ist null und die Kupplung ist ausgekuppelt. Zu einem ersten Zeitpunkt 32 liegt eine Momentenanforderung 34 des Fahrers vor, dieser betätigt hierzu bspw. das Gaspedal. Dies hat zur Folge, dass die Kupplung schließt und der Motor andreht 36. Dies führt ab einem weiteren Zeitpunkt 38 zum Ansteigen der Drehzahl. Der Motor läuft dann hoch bis zu einer vorab bestimmbaren Drehzahl, bei der die Kupplung wieder ausgekuppelt wird 40. Anschließend steigt die Drehzahl weiter an, der Verbrennungsmotor läuft somit selbständig hoch. Nach Ablauf eines vorab gegebenen Zeitraums oder bis die Drehzahl des Motors einen bestimmten Wert, üblicherweise die Getriebedrehzahl, erreicht hat, wird die Kupplung wieder geschlossen 42 und der Motor wird entsprechend der Betätigen des Gaspedals weiter angedreht. Dies erfolgt ab einem weiteren Zeitpunkt 44.
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Die Darstellung verdeutlicht somit ein Andrehen des Motors mittels eines Direktstartverfahrens mit einer Kupplung. Nach dem Anreißen des Motors wird die Kupplung wieder geöffnet, der Motor dreht dann selbständig hoch bis zu einer bestimmten Drehzahl, typischerweise die Getriebedrehzahl. Nunmehr wird die Kupplung endgültig, zumindest bis zur nächsten Betätigung, geschlossen.
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2 zeigt einen möglichen Verlauf des Kupplungsmoments. An einer Abszisse 50 ist die Zeit aufgetragen. An einer Ordinate 52 ist das Kupplungsmoment [Nm] und die Drehzahl des Motors aufgetragen. Eine erste Kurve 54 zeigt den Verlauf des Kupplungsmoments. Die Steigung dieser Kurve 54 verdeutlicht die Änderung des Kupplungsmoments über der Zeit. Eine zweite Kurve 56 zeigt den Verlauf der Drehzahl an. Zu einem Zeitpunkt 0 erfolgt die Startanforderung. Bis zu einem Zeitpunkt 1 beträgt die Änderung des Kupplungsmoment 1000 Nm/s. Zwischen dem Zeitpunkt 1 und dem Zeitpunkt 2 beträgt die Änderung 200 Nm/s. Dieser Zeitpunkt 2 bezeichnet den sogenannten Kisspoint 58. Der Kisspoint 58 bezeichnet den Punkt, an dem die Drehmomentübertragung zwischen Motor und Antriebsrädern aktiv einsetzt.
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Von dem Zeitpunkt 2 bis zu einem Zeitpunkt 3, an dem die Startmomentschwelle 60 von in diesem Fall 45 Nm erreicht ist, beträgt die Änderung 400 Nm/s. Zwischen dem Zeitpunkt 3 und dem Zeitpunkt 4, bei dem eine Motorbewegung 62 beginnt, beträgt die Änderung 70 Nm/s. Zwischen dem Zeitpunkt 4 und dem Zeitpunkt 5, an dem der Kupplungsabwurf 64 erfolgt, beträgt die Änderung –70 Nm/s. Zum Zeitpunkt 5 liegt in diesem Fall ein Kupplungsmoment von 35 Nm an. Zwischen dem Zeitpunkt 5 und dem Zeitpunkt 6 beträgt die Änderung des Kupplungsmoments –600 Nm.
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Weiterhin ist in der Darstellung in der zweiten Kurve 56, die den Verlauf der Motordrehzahl wiedergibt, der erste Zünd-OT 70 angezeigt.
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Die Darstellung zeigt, dass das Anreißen des Verbrennungsmotors in verschiedene Phasen aufgeteilt ist. Je nach Fahrzeug kann dies aber unterschiedlich gestaltet sein.
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Die Kupplung wird je nach gerade übertragenem Moment unterschiedlich schnell geschlossen bzw. geöffnet. Das beschriebene Verfahren ist aber davon unabhängig, weil nur die Grenzen des übertragenen Kupplungsmoments der Kupplung durch die Addition eines Offset bzw. Versatzes, der einem Kupplungsmoment in Nm entspricht, verschoben werden. Der Offset stellt somit eine Korrektur des applizierten Moments der Kupplung dar, welches während des Kupplungsstarts an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen wird.
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Es ist zu beachten, dass während eines Kupplungsstarts die Zeit von der Startanforderung des Fahrers bis zu einem vorab bestimmbaren Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, bspw. bis zum Kupplungsabwurf, d. h. bis die Kupplung wieder geöffnet wird, oder bis eine gewisse Motordrehzahl, die bspw. 500 1/min beträgt, und ggf. eine Position erreicht ist, gemessen wird. Hierbei ist aber zu berücksichtigen, dass der Zeitraum bis zu diesem Betriebszustand, bspw. dem Kupplungsabwurf, nicht nur vom Kupplungsmoment, sondern auch von der Startposition des Verbrennungsmotors abhängig ist. Dies sollte beim Vergleich des gemessenen Werts mit einem Vorgabewert berücksichtigt werden. Die Startposition ist dabei die Kurbelwellenposition des Motors zum Zeitpunkt der Momenten- bzw. Startanforderung durch den Fahrer.
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3 zeigt in einem Graphen eine Anzahl von Messpunkten. Diese können bspw. für jedes Fahrzeug oder für jeden Fahrzeugtyp in einem Prüfstand oder bei einer Testfahrt ermittelt werden. An einer Abszisse 80 des Graphen ist eine Startposition [°] des Motors vor dem nächst möglichen Zünd-OT für einen Direktstart und an einer Ordinate 82 der Zeitraum bis zum Kupplungsabwurf [s] aufgetragen. Anschließend wird eine quadratische Funktion ermittelt, deren Verlauf, der in der Darstellung durch eine Kurve 84 wiedergegeben ist, der Position der Messpunkte angenähert ist. Dies bedeutet, dass Werte dieser Funktion den Messpunkten angenähert sind. Die quadratische Funktion lautet in diesem Fall: y = –9,1e – 006·x2 + 0,003·x + 0,1
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Ein Doppelpfeil 88 verdeutlicht Toleranzgrenzen, so dass sich eine obere Kurve 90 mit oberen Toleranzwerten und eine untere Kurve 92 mit unteren Toleranzwerten ergibt. Die Wahl der Toleranzgrenzen kann in Abhängigkeit der Startposition erfolgen. So kann auch der Abstand der oberen Kurve 90 von der Kurve 84 sich von dem Abstand der Kurve 84 von der unteren Kurve 92 unterscheiden, d. h. der Toleranzbereich liegt nicht symmetrisch zur Kurve 84. Weiterhin kann berücksichtigt werden, wie gut die Kurve 84 den Messpunkten angepasst ist. Der Toleranzbereich ist somit durch den Bereich zwischen den beiden Kurven 90 und 92 gegeben. Dieser Toleranzbereich wird bei der Anpassung des Kupplungsmoments berücksichtigt.
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Es wurde folglich erkannt, dass bei einer Adaption die Startposition durch eine Funktion berücksichtigt werden sollte. 3 zeigt, dass eine quadratische Funktion als Annäherung an die Messpunkte in der Software hinterlegt werden kann. Dies kann durch eine quadratische Gleichung oder auch als Kurve mit Stützpunkten erfolgen. Liegt die gemessene Zeit nicht innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, bspw. +/–0,1 s, um die hinterlegte Kurve, dann wird der Offset um ein vorgegebenes Inkrement, das einem Kupplungsmoment entspricht, vergrößert oder verkleinert.
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Wenn die gemessene Zeit unterhalb der Toleranzgrenze liegt, wird das Inkrement zum Offset addiert. Wenn die gemessene Zeit außerhalb des Toleranzbereichs liegt, wird das Inkrement vom Offset subtrahiert. Dabei kann die Größe des Inkrements in Abhängigkeit von dem Abstand zum Toleranzbereich bzw. Toleranzband der gemessenen Zeit variabel sein. Bei einer großen Überschreitung kann ein größeres Inkrement und bei einer kleinen Überschreitung ein kleineres Inkrement addiert bzw. subtrahiert werden.
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In 4 ist in einem Flussdiagramm ein möglicher Ablauf des Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 100 erfolgt aus einem Segelbetrieb eine Startanforderung. Mit der Startanforderung wird ein Zeitgeber bzw. Timer mit einem Schritt 102 gestartet, der bis zu einem Ende des Anreißens 106 also bis zum Kupplungsabwurf läuft. Dann wird der gemessene Zeitraum in einem Schritt 108 ausgelesen. Es erfolgt in einem darauffolgenden Schritt 110 eine Überprüfung, ob der gemessene Zeitraum innerhalb eines Toleranzbereichs liegt. Es wird somit ein Vergleich 112 durchgeführt. Hierzu wird in dem Schritt 110 eine Kurve 114 herangezogen, die einen Verlauf des Zeitraums über der Startposition wiedergibt. Dieser Kurve ist ein Toleranzbereich zugeordnet.
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Liegt der gemessene Zeitraum außerhalb des Toleranzbereichs, so wird dem Offset in einem Schritt 116 ein vorgegebenes Inkrement addiert bzw. subtrahiert. Dieses Inkrement beträgt bspw. 2 Nm. Anschließend wird in einem Schritt 120 das Verfahren beendet. Liegt der gemessene Zeitraum innerhalb des Toleranzbereichs, so wird das Verfahren direkt beendet.
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Das vorgestellte Verfahren eignet sich insbesondere für Fahrzeuge mit einer automatisierten Kupplung, die einen Kupplungsstart ausführen. Besonders geeignet ist das Verfahren für Fahrzeuge, die ein eCS (electronic Clutch System: elektronisches Kupplungssystem) und eine Motor-Stopp-Segel-Funktion haben. Fahrzeuge mit eCS verfügen über ein manuelles Getriebe und eine elektronische Kupplungsbetätigung. Das Kupplungspedal hat keine mechanische oder hydraulische Verbindung mit der Kupplung. Der Pedalweg wird durch einen Sensor erfasst und an das Motorsteuergerät gesendet, das dann die Kupplung durch einen elektronischen Aktor ansteuert. Eine Implementierung des Verfahrens in einem Hybridfahrzeug ist ebenfalls denkbar.
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In 5 ist in einer schematischen Darstellung und stark vereinfacht ein Kraftfahrzeug 150 und hierbei insbesondere der Antriebstrang 152 wiedergegeben. Die Darstellung zeigt einen Verbrennungsmotor 154, eine Kupplung 156 und angetriebene Räder 158. Weiterhin ist eine Einrichtung 160 dargestellt, die dafür ausgelegt ist, einen Zeitraum von einer Startanforderung bis zu einem Betriebszustand des Fahrzeugs zu messen, den gemessenen Zeitraum mit einem vorgegebenen Wert zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs das Kupplungsmoment zu beeinflussen. Dieser vorgegebene Wert kann einem in einem Speicherelement 162 abgelegten Verlauf, dem ein Toleranzbereich zugeordnet ist, entnommen werden. Die Einrichtung 160 kann bspw. in einem Motorsteuergerät implementiert sein. Die unterschiedlichen Aufgaben der Einrichtung 160 können aber auch von mehreren Steuergeräten ausgeführt werden.
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Zu beachten ist, dass die Einrichtung 160 die Kupplung 156 ansteuert und damit das Kupplungsmoment vorgibt. Hierzu wird bspw. der Anpressdruck der Kupplungsscheiben und damit auch der Schlupf der Kupplung bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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