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Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybridantriebsstrangsteuersysteme. Insbesondere betrifft die Offenbarung Steuerungen für rekuperatives Bremsen.
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Fahrzeuge mit Automatikgetrieben wechseln Gangübersetzungen basierend auf Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrerbeschleunigungsanforderung. Beim Verzögern schalten Automatikgetriebe durch allmählich niedriger werdende Gangübersetzungen. Das gleichmäßige Schalten aus einem gegebenen Gang in den nächstbenachbarten Gang beeinflusst durch den Fahrer wahrgenommene Geräusche, Schwingungen und Rauigkeit.
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Hybridfahrzeuge können eine oder mehrere elektrische Maschinen mit einer Motor-Generator-Kombination zusammen mit einer Brennkraftmaschine einsetzen. In Abhängigkeit von Fahrzeugbetriebsbedingungen kann die elektrische Maschine selektiv dazwischen abwechseln, als Antriebsquelle oder Verzögerungslast am Antriebsstrang zu dienen. Die Zeitsteuerung und das Ausmaß dieses abwechselnden Betriebs der elektrischen Maschine können dazu dienen, die Kraftstoffökonomie zu optimieren, und sollten mit dem Betrieb des Getriebes zusammenfallen.
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Bei mindestens einer Ausführungsform enthält ein Fahrzeug einen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine, die dazu konfiguriert ist, selektiv rekuperatives Bremsmoment anzulegen, um das Fahrzeug zu verzögern. Des Weiteren enthält das Fahrzeug eine Steuerung, die dazu programmiert ist, eine Änderungsrate einer rekuperativen Bremsmomentgrenze während eines Herunterschaltens des Getriebes, das während eines rekuperativen Bremsereignisses erfolgt, basierend auf einer durch das Herunterschalten des Getriebes verursachten Drehzahländerung einer Ausgangswelle des Antriebsstrangs zu steuern.
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Bei mindestens einer Ausführungsform enthält ein Fahrzeug eine Traktionsbatterie und einen Antriebsstrang mit einem Getriebe und einer elektrischen Maschine, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf eine Bremsanforderung ein rekuperatives Bremsmoment selektiv anzulegen, um sowohl das Fahrzeug zu verzögern als auch die Batterie wieder aufzuladen. Des Weiteren enthält das Fahrzeug eine Steuerung, die dazu programmiert ist, (i) eine Änderungsrate einer rekuperativen Bremsmomentgrenze basierend auf einem Minimum entweder einer Motordrehmomentfähigkeit oder einer Wiederaufladungsanforderung der Batterie zu steuern und (ii) die Grenze während des Getriebeherunterschaltereignisses basierend auf einer durch das Herunterschalten des Getriebes verursachten Drehzahländerung einer Ausgangswelle des Antriebsstrangs einzustellen.
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Bei mindestens einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Steuerung von rekuperativem Bremsen Bewirken, dass eine elektrische Maschine ein rekuperatives Bremsmoment anlegt, und Begrenzen der Ansteuerung basierend auf einer Drehzahl der elektrischen Maschine während eines rekuperativen Bremsereignisses. Ferner umfasst das Verfahren Steuern einer Änderungsrate der Grenze während eines rekuperativen Bremsereignisses und eines Herunterschaltens des Getriebes basierend auf einer Drehzahländerung einer Antriebsstrangausgangswelle.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs.
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2 ist ein Blockdiagramm des Informationsflusses zwischen Steuerungen des Fahrzeugs.
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3A bis 3E sind zugehörige Zeitdiagramme von Fahrzeugbetriebsparametern während rekuperativen Bremsens.
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Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Ausführungsformen zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hier offenbart werden, sollen nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen.
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Auf 1 Bezug nehmend, ist ein Schemadiagramm eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. 1 zeigt repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten. Die physische Platzierung und Ausrichtung der Komponenten im Fahrzeug kann variieren. Das Fahrzeug 10 enthält einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 enthält eine Kraftmaschine 14, die ein Getriebe 16 antreibt. Wie unten ausführlicher beschrieben werden wird, enthält das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie zum Beispiel einen elektrischen Motor/Generator (M/G) 18, einen Drehmomentwandler 22 und ein Mehrstufenautomatikgetriebe oder -zahnradgetriebe 24. Ferner ist eine Traktionsbatterie 20 in Verbindung mit dem M/G 18 zur Zuführung von Energie zu dem M/G 18 und Empfangen von Energie davon vorgesehen.
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Die Kraftmaschine 14 und der M/G 18 sind beide in der Lage, Antriebskraft für das HEV 10 bereitzustellen. Die Kraftmaschine 14 stellt allgemein ein Antriebsaggregat dar, das eine Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel einen Benzin-, Diesel- oder Erdgasmotor, oder eine Brennstoffzelle enthalten kann. Die Kraftmaschine 14 erzeugt eine Motorleistung und ein entsprechendes Ausgangsdrehmoment, das dem M/G 18 zugeführt wird, wenn eine Trennkupplung 26 zwischen der Kraftmaschine 14 und dem M/G 18 zumindest teilweise eingerückt ist. Der M/G 18 kann durch eine beliebige mehrerer Arten von elektrischen Maschinen implementiert werden. Zum Beispiel kann der M/G 18 ein batteriebetriebener permanent erregter Synchronelektromotor sein. Die Leistungselektronik 28 bereitet die von der Batterie 20 bereitgestellte Gleichstromleistung (DC) für die Anforderungen des M/G 18 auf, wie weiter unten beschrieben wird. Die Leistungselektronik kann für den M/G 18 zum Beispiel einen Dreiphasenwechselstrom (AC) bereitstellen.
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Die Kraftmaschine 14 kann darüber hinaus an einen Turbolader 46 gekoppelt sein, um eine Zunahme des Lufteinlassdrucks oder ”Aufladung” zum Zwingen eines größeren Luftvolumens in eine Brennkammer der Kraftmaschine 14 bereitzustellen. In Verbindung mit dem durch den Turbolader 46 für die Kraftmaschine 14 bereitgestellten erhöhten Luftdruck kann eine entsprechende Zunahme der Kraftstoffverbrennungsrate erreicht werden. Die zusätzliche Luftdruckverstärkung gestattet deshalb, dass die Kraftmaschine 14 zusätzliche Ausgangsleistung erreicht, wodurch das Motordrehmoment erhöht wird.
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Das Zahnradgetriebe 24 kann Zahnradsätze (nicht gezeigt) enthalten, die durch selektives Einrücken von Reibungselementen, wie zum Beispiel Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt), zur Herstellung der gewünschten mehreren diskreten oder Stufendrehzahlverhältnisse in verschiedene Gangübersetzungen platziert werden. Die Reibungselemente sind über einen Gangschaltplan steuerbar, der gewisse Elemente der Zahnradsätze verbindet oder trennt, um das Drehzahlverhältnis zwischen einer Getriebeeingangswelle 34 und der Getriebeausgangswelle 38 zu steuern. Das Zahnradgetriebe 24 stellt letztendlich das Antriebsstrangausgangsdrehmoment durch die Ausgangswelle 38 bereit. Es können zum Beispiel zwei Reihen von Kupplungen vorgesehen sein, die jeweils ungeradzahligen bzw. geradzahligen Zahnradsätzen entsprechen. Während des Schaltens von einer aktuellen Gangübersetzung in eine angeforderte benachbarte Gangübersetzung wird eine Kupplung aus der ersten Reihe gleichzeitig ausgerückt, während eine Kupplung aus der zweiten Reihe eingerückt wird. Nach Beendigung des Übergangs von der ersten zur zweiten Kupplung als Teil eines Gangwechsels ändert sich sowohl das Drehzahlverhältnis als auch das Drehmomentverhältnis zwischen der Getriebeausgangswelle 38 und der Getriebeeingangswelle 34 gemäß der Gangwahl.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel von 1 weiter gezeigt, ist die Ausgangswelle 38 mit einem Differenzial 40 verbunden. Das Differenzial 40 treibt über jeweilige Achsen 44, die mit dem Differenzial 40 verbunden sind, ein Paar Räder 42 an. Das Differenzial überträgt ein jedem Rad 42 zugewiesenes Drehmoment, während es dabei geringfügige Drehzahlunterschiede gestattet, z. B. wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Verschiedene Arten von Differenzialen oder ähnliche Vorrichtungen können zur Verteilung von Drehmoment vom Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder verwendet werden. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung in Abhängigkeit von beispielsweise dem bestimmten Betriebsmodus oder der bestimmten Betriebsbedingung variieren.
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Des Weiteren enthält das Fahrzeug 10 ein Feststellbremssystem 54. Das Bremssystem kann Reibungsbremsen umfassen, die dazu geeignet sind, mittels stationärer Backen, die an einem an jedem Rad befestigten Rotor angebracht sind, selektiv Druck anzulegen. Der angelegte Druck zwischen den Backen und Rotoren erzeugt Reibung, um Drehung der Fahrzeugräder 42 zu widerstehen, und ist deshalb in der Lage, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu verlangsamen.
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Wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist, ist Kraftfluss von der Kraftmaschine 14 zu dem M/G 18 oder von dem M/G 18 zu der Kraftmaschine 14 möglich. Wenn die Trennkupplung 26 eingerückt ist, kann der M/G 18 zum Beispiel als Generator arbeiten, um durch eine Kurbelwelle 30 über die M/G-Welle 32 zugeführte Drehenergie in in der Batterie 20 zu speichernde elektrische Energie umzuwandeln. Wie unten ausführlicher besprochen, kann der Drehwiderstand, mit dem die Welle durch Rückgewinnung von Energie beaufschlagt wird, als eine Bremse zum Verzögern des Fahrzeugs verwendet werden. Die Trennkupplung 26 kann auch ausgerückt werden, um die Kraftmaschine 14 von dem Rest des Antriebsstrangs 12 zu entkoppeln, so dass der M/G 18 als alleinige Antriebsquelle für das Fahrzeug 10 betrieben werden kann.
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Betriebszustände des Antriebsstrangs 12 können durch mindestens eine Steuerung vorgeschrieben werden. Bei mindestens einer Ausführungsform ist ein größeres Steuersystem, das mehrere Steuerungen enthält, vorgesehen. Die einzelnen Steuerungen oder das Steuersystem können/kann durch verschiedene andere Steuerungen im gesamten Fahrzeug 10 beeinflusst werden, wobei eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – Vehicle system controller) 48 bezüglich anderer untergeordneter Steuerungen auf einer höheren Hierarchie arbeitet. Die Ausgabe der VSC 48 kann direkt oder indirekt mehrere Fahrzeugfunktionen, wie zum Beispiel Starten/Stoppen der Kraftmaschine 14, Betreiben des M/G 18 zum Bereitstellen von Raddrehmoment oder Wiederaufladen der Traktionsbatterie 20, Wählen oder Ansetzen von Getriebegangwechseln usw., vorschreiben oder beeinflussen. Zum Beispiel kann die VSC 48 Daten von einem Getriebesteuermodul (TCM – transmission control module) 56, das mit Komponenten des Getriebes 16 in direkter Kommunikation steht, empfangen und Befehle daran ausgeben. Beispiele für andere untergeordnete Steuerungen, die im Vergleich zu der VSC 48 niedriger in einer Steuerungshierarchie arbeiten, umfassen ein Bremssystemsteuermodul (BSCM – brake system control module), eine Hochspannungsbatteriesteuerung (BECM – high voltage battery energy control module), eine Wechselrichtersystemsteuerung (ISC – inverter system controller) sowie andere kommunizierende Steuerungen, die für verschiedene Fahrzeugfunktionen verantwortlich sind. Bei mindestens einer Ausführungsform sind das BECM und die ISC in der Leistungselektronik 28 enthalten. Die VSC 48 kann ferner zum Verifizieren von von anderen Steuerungen erhaltenen Daten funktionieren.
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Beliebige der oben genannten Steuerungen können ferner einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit) aufweisen, der/die mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung beispielsweise in Festwertspeichern (ROM – Read-Only Memory), Speichern mit wahlfreiem Zugriff (RAM – Random-Access Memory) und Erhaltungsspeichern (KAM – Keep-Alive Memory) umfassen. Der KAM ist ein dauerhafter oder nichtflüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, solange die CPU ausgeschaltet ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können mithilfe einer beliebigen aus mehreren bekannten Speichervorrichtungen implementiert werden, etwa PROMs (PROM – Programmable Read-Only Memory/programmierbarerer Festwertspeicher), EPROMs (elektrische PROMs), EEPROMs (Electrically Erasable PROMs/elektrisch löschbare PROMs), Flash-Speicher oder beliebige andere elektrische, magnetische, optische oder kombinierte Speichervorrichtungen, die Daten speichern können, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, welche von der Steuerung zum Steuern der Kraftmaschine oder des Fahrzeugs genutzt werden.
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Die VSC 48 und andere Steuerungen kommunizieren mit verschiedenen Kraftmaschinen/Fahrzeugsensoren und -aktuatoren über eine Eingabe/Ausgabe(E/A)-Schnittstelle, die als eine einzelne integrierte Schnittstelle implementiert werden kann, welche eine verschiedenartige Rohdaten- oder Signalaufbereitung, -verarbeitung und/oder -umsetzung, einen Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ dazu können ein oder mehrere zweckgebundene Hardware- oder Firmwarechips verwendet werden, um spezielle Signale aufzubereiten und zu verarbeiten, bevor sie der CPU zugeführt werden. Wie in dem Ausführungsbeispiel von 1 allgemein dargestellt, kann die VSC 48 Signale zu und/oder von dem TCM 56 kommunizieren. Darüber hinaus kann die VSC 48 mit anderen Fahrzeugsteuerungen kommunizieren, wie oben besprochen, oder direkt mit Fahrzeugsensoren und/oder -komponenten, einschließlich der Kraftmaschine 14, dem Turbolader 46, der Leistungselektronik 28 und dem Bremssystem 54. Die Leistungselektronik 28 kann sowohl die ISC als auch den BECM umfassen, die Energiefluss zu und von der Batterie 20 verwalten. Obgleich nicht explizit dargestellt, wird der Durchschnittsfachmann verschiedene von der VSC 48 steuerbare Funktionen oder Komponenten in jedem der oben identifizierten Untersysteme erkennen. Zu repräsentativen Beispielen für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die direkt oder indirekt durch von der Steuerung ausgeführte Steuerlogik betätigt werden können, zählen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, -rate und -dauer, Drosselklappenstellung, Zündkerzenzündzeitpunkt (bei Fremdzündungskraftmaschinen), Einlass-/Auslassventilsteuerzeiten und -dauer, Vorbaunebenaggregatantrieb(FEAD – Front-End Accessory Drive)-Komponenten, wie z. B. eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, Batterieladung, rekuperatives Bremsen, M/G-Betrieb, Kupplungsdrücke für die Trennkupplung 26, die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 und das Zahnradgetriebe 24 des Getriebes und dergleichen. Sensoren, die eine Eingabe durch die I/O-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um beispielsweise Turboladeraufladedruck, Turboladerdrehzahl, Kurbelwellenstellung, Kraftmaschinendrehzahl (RPM), M/G-Wellendrehzahl, Antriebsstrangausgangswellendrehzahl, Raddrehzahlen, Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur, Einlasskrümmerdruck, Fahrpedalstellung, Zündschalterstellung, Drosselventilstellung, Lufttemperatur, Abgassauerstoffgehalt oder eine andere Abgaskomponentenkonzentration oder -anwesenheit, Einlassluftstrom, Getriebegang, -übersetzung oder -modus, Getriebeöltemperatur, Getriebeturbinendrehzahl, Status der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung, Verzögerungs- oder Schaltmodus anzugeben.
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Die VSC 48 enthält weiterhin ein Drehmomentsteuerlogikmerkmal. Die VSC 48 kann Fahrerwünsche basierend auf mehreren Fahrzeugeingaben interpretieren. Zu diesen Eingaben können zum Beispiel Gangwahl (PRNDL), Fahrpedaleingaben, Bremspedaleingabe, Batterietemperatur, Spannung, Strom und Batterieladezustand (SOC – state of charge) gehören. Die VSC 48 kann wiederum Befehlssignale an das TCM 56 und/oder die Leistungselektronik 28 abgeben, um den Betrieb des M/G 18 zu beeinflussen.
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Der M/G 18 ist über die Welle 32 auch mit dem Drehmomentwandler 22 verbunden. Der Drehmomentwandler 22 ist daher mit der Kraftmaschine 14 verbunden, wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist. Der Drehmomentwandler 22 enthält ein Pumpenrad, das an der M/G-Welle 32 befestigt ist, und eine Turbine, die an einer Getriebeeingangswelle 34 befestigt ist. Der Drehmomentwandler 22 stellt auf diese Weise eine hydraulische Kopplung zwischen der Welle 32 und der Getriebeeingangswelle 34 bereit. Des Weiteren kann eine innere Überbrückungskupplung 36 des Drehmomentwandlers vorgesehen sein, so dass, wenn die Kupplung 36 eingerückt ist, sie das Pumpenrad und die Turbine des Drehmomentwandlers 22 reibschlüssig oder mechanisch koppelt, wodurch eine effizientere Leistungsübertragung gestattet wird. Der Drehmomentwandler 22 und seine Überbrückungskupplung 36 können durch eine Anfahrkupplung zum Bereitstellen eines Fahrzeuganfahrens ersetzt werden. Wenn die Überbrückungskupplung 36 hingegen ausgerückt ist, kann der M/G 18 von dem Differenzial 40 und den Fahrzeugachsen 44 mechanisch entkoppelt sein. Zum Beispiel kann die Überbrückungskupplung 36 beim Verzögern bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten ausrücken, wodurch die Kraftmaschine von dem Getriebe und Triebstrang entkoppelt wird, um der Kraftmaschine zu gestatten, im Leerlauf und bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder einem Stopp zu laufen.
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Ein Fahrer des Fahrzeugs 10 kann eine Eingabe am Fahrpedal 50 bereitstellen und eine Drehmomentanforderung, eine Leistungsanforderung oder einen Fahrbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs 10 erzeugen. Allgemein erzeugt das Niederdrücken und Loslassen des Pedals 50 ein Fahrpedaleingabesignal, das von der VSC 48 als Anforderung einer höheren Leistung bzw. niedrigeren Leistung interpretiert werden kann. Basierend auf mindestens einer Eingabe vom Fahrpedal kann die Steuerung 48 Drehmomentbefehle zwischen der Kraftmaschine 14 und/oder dem M/G 18 zuweisen, um das vom Fahrer angeforderte Drehmoment zu erfüllen. Die Steuerung 48 kann auch die zeitliche Koordinierung von Gangwechseln im Zahnradgetriebe 24 sowie des Einrückens oder Ausrückens der Trennkupplung 26 und der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 steuern. Die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 36 kann über einen Bereich zwischen eingerückter und ausgerückter Stellung moduliert sein. Dies kann einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22 zusätzlich zu dem durch die hydrodynamische Kopplung zwischen dem Pumpenrad und der Turbine erzeugten variablen Schlupf erzeugen. Als Alternative dazu kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 ohne Verwendung eines modulierten Betriebsmodus in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung als gesperrt oder geöffnet betrieben werden.
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Der Fahrer des Fahrzeugs 10 kann außerdem eine Eingabe am Bremspedal 52 bereitstellen, um eine Fahrzeugbremsanforderung zu erzeugen. Ein Niederdrücken des Bremspedals 52 erzeugt ein Bremseingabesignal, das von der Steuerung 48 als ein Befehl zum Verzögern des Fahrzeugs interpretiert wird. Die VSC 48 kann ihrerseits Befehle ausgeben, um das Anlegen von negativem Drehmoment an die Antriebsstrangausgangswelle 38 zu bewirken. Zusätzlich dazu oder zusammen damit kann die Steuerung Befehle zum Aktivieren des Bremssystems 54 ausgeben, um Reibungsbremswiderstand anzulegen und so Drehung der Fahrzeugräder 42 zu verhindern. Die negativen Drehmomentwerte, die sowohl durch den Antriebsstrang als auch die Reibungsbremsen bereitgestellt werden, können so zugewiesen werden, dass sie den Betrag ändern, durch welchen sie jeweils die Bremsanforderung durch den Fahrer erfüllt.
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Der M/G 18 kann als Generator arbeiten, um kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in in der Batterie 20 zu speichernde elektrische Energie umzuwandeln. Der M/G 18 kann beispielsweise als Generator fungieren, während die Kraftmaschine 14 die alleinige Antriebskraft für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Darüber hinaus kann der M/G 18 zu Zeiten rekuperativen Bremsens als Generator fungieren, wobei Drehenergie von der Drehung der Ausgangswelle 38 durch das Zahnradgetriebe 24 zurück übertragen wird und in elektrische Energie zur Speicherung in der Batterie 20 umgewandelt wird.
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Während eines rekuperativen Bremsereignisses kann der M/G selektiv ein Schlepp- oder negatives Drehmoment anlegen, um zur Fahrzeugverzögerung beizutragen. Gleichzeitig kann das Getriebe Gangherunterschaltungen gemäß der Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit erfahren. Wie oben besprochen, werden während eines Herunterschaltens sowohl das Drehzahlverhältnis als auch das Drehmomentverhältnis zwischen dem Getriebeeingang und -ausgang eingestellt. Rotationsträgheit der Komponenten kann eine Zeitverzögerung zwischen den beiden verschiedenen Verhältniswechseln verursachen. Zum Beispiel verursacht ein Herunterschalten eines Getriebegangs ein besseres Ansprechen bei der Änderung des Drehmomentverhältnisses im Vergleich zu der Änderung des Drehzahlverhältnisses.
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Es sollte auf der Hand liegen, dass die in 1 veranschaulichte schematische Darstellung rein beispielhaft und nicht einschränkend ist. Es werden andere Konfigurationen in Betracht gezogen, die selektiven Einsatz sowohl einer Kraftmaschine als auch eines Motors zur Übertragung durch ein Getriebe verwenden. Beispielsweise kann der M/G 18 von der Kurbelwelle 30 versetzt sein und/oder ein zusätzlicher Motor kann zum Starten der Kraftmaschine 14 vorgesehen sein. Es kommen auch andere Konfigurationen in Betracht, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, zeigt ein Blockdiagramm ein Beispiel für den Informationsfluss zwischen mehreren der oben besprochenen Steuerungen. Die VSC 48 empfängt Signale von untergeordneten Steuerungen im Fahrzeugsystem und gibt Befehle an diese ab. Das TCM 56 überwacht das Getriebedrehmomentverhältnis, das Getriebedrehzahlverhältnis, die Antriebsstrangwellenausgangsdrehzahl und die M/G-Wellendrehzahl. Ferner stellt das TCM 56 ein Signal bereit, das jeden der überwachten Aspekte für die VSC 48 darstellt.
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Sowohl die ISC als auch die BECM können Teil der Leistungselektronik 28 sein. Die BECM kann den Zustand der Batterie überwachen und ein Signal bereitstellen, das die Grenze der der Batterie zuzuführenden Energie basierend mindestens auf den SOC der Batterie anzeigt. Unter Bedingungen eines höheren SOC ist weniger Ladung erforderlich, und deshalb wird von dem M/G bei rekuperativem Bremsen gegebenenfalls weniger Energie angefordert. Unter Bedingungen eines niedrigeren SOC kann eine Wiederaufladungsanforderung der Batterie erhöht sein, was eine höhere der BECM zuzuführende Batterieladungsgrenze bewirkt. Die ISC kann ein Signal bereitstellen, das das maximal zur Verfügung stehende rekuperative Bremsmoment basierend mindestens auf dem Vermögen des Wechselrichters, der Batterie Strom zuzuführen, darstellt. Basierend auf dem Betriebszustand des Getriebes und den durch untergeordnete Steuerungen bereitgestellten verschiedenen Grenzen kann die VSC ein Befehlssignal für eine geeignete Höhe des rekuperativen Bremsmoments von dem M/G abgeben.
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Das Getriebeherunterschaltereignis während der Verzögerung kann allgemein in zwei Phasen unterteilt werden. Die erste Phase ist eine Drehmomentphase, in der das Antriebsstrangdrehmomentverhältnis erhöht wird. Vor Getriebedrehzahlverhältnisänderungen gibt es jedoch eine Verzögerung oder einen Zeitverzug. Während einer zweiten Phase, der Trägheitsphase, durchlaufen die Drehmomentänderungen das Antriebsstrangsystem, und das Drehzahlverhältnis ändert sich gemäß dem Getriebegangwechsel. Während der Drehmomentphase ändert sich das Ausgangsdrehmoment gemäß dem Eingriff der Kupplungen im Getriebe schneller.
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Die Höhe des zur Abgabe durch den M/G zur Verfügung stehenden Rekuperationsmoments ist eine Funktion der Drehzahl der Motorwelle. In Verbindung mit der oben beschriebenen Verzögerung bei der Änderung des Drehzahlverhältnisses gegenüber der Drehmomentänderung bei Herunterschaltungen ist die Motordrehzahl gegebenenfalls nicht der am schnellsten ansprechende Indikator zur Verwendung zur Aufforderung von Befehlen für das Motorbremsmoment. Die Verzögerung kann von dem Fahrzeugfahrer durch Auswirkungen von überholten Motorbremsbefehlen wahrgenommen werden. Bei Änderung des Getriebedrehmomentverhältnisses gibt es eine Zunahme des Widerstandsmoments an den Fahrzeugrädern. Dies kann mit dem rekuperativen Motorbremsmoment während der Zeit vor Reduzierung der Motorwellendrehzahl verstärkt werden. Das verstärkte Widerstandsmoment kann als eine Änderung der Gesamtantriebstrangausgabe oder als ”Schaltschock” wahrnehmbar sein. Beim rekuperativen Bremsen soll das an den Triebstrang angelegte negative Drehmoment so gleichmäßig wie möglich sein, um ein sanftes, kontrolliertes Bremsen bereitzustellen. Durch Verwendung der Antriebsstrangausgangswellendrehzahl als Indikator der unmittelbar bevorstehenden Drehzahl des M/G kann eine besser ansprechende Steuerstrategie eingesetzt werden, die die Verzögerung, die bei Drehzahlverhältnisänderungen während Getriebeherunterschaltungen besteht, reduziert oder vermeidet.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine geeignete Grenze für das rekuperative Motordrehmoment basierend auf der Antriebsstrangausgangswellendrehzahl berechnet. Während Gangstufenwechseln werden die Triebstrangausgabeänderungen vor der Motordrehzahl eingestellt. Diese Verzögerung kann Stöße beim rekuperativen Bremsmoment in Bezug auf das Motordrehmoment basierend auf einer überholten Eingabe verursachen. Es kann ein anderer Bremsausgleich zur Verfügung stehen, zum Beispiel durch den Versuch der Zeitsteuerung einer Abnahme oder einer Zunahme der Reibungsbremsung und/oder Kraftmaschinenausgabe. Es kann jedoch vorteilhafter sein, die Ansprechverzögerung der M/G-Drehzahl zu reduzieren oder zu eliminieren. Einer sofortigen M/G-Antwort kann sich durch Bestimmung der maximalen rekuperativen Bremsmomentgrenze basierend auf Triebstrangausgangswellendrehzahl und dem Getriebedrehmomentverhältnis im Anschluss an ein Herunterschalten angenähert werden.
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Eine Berechnung der rekuperativen Bremsmomentgrenze an den Rädern, die durch den M/G bereitgestellt wird, τregen, kann unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) durchgeführt werden.
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τ
gen die M/G-Drehmomentfähigkeitsgrenze basierend auf dem maximalen Strom, der zur Zuführung durch den Wechselrichter in der Lage ist und durch die ISC an die VSC kommuniziert werden kann. P
charger ist die Batterieladeenergiegrenze basierend auf einer Batterieaufladungsanforderung, die der VSC durch das BECM kommuniziert werden kann. ω
MOTOR Ist die Drehzahl der Welle des M/G. r
trans ist das Getriebedrehmomentverhältnis, das die Achsübersetzung des Differenzials, die Gangübersetzung des Getriebes und das Drehmomentwandlerverhältnis umfasst. In der Praxis kann das Minimum von entweder der M/G-Drehmomentgrenze τ
gen oder der Batterieladeenergiegrenze P
charger die von der VSC angesteuerte Gesamtansteuerungsgrenze des rekuperativen Bremsens vorschreiben. In dem Fall, in dem τ
gen größer ist als
kann Gleichung (1) als Gleichung (2) umgeschrieben werden.
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Während eines Getriebegangwechsels ändert sich ωMOTOR nach Beendigung der Trägheitsphase. Die Änderung des Getriebedrehmomentverhältnisses rtrans ist bereits zum Ende der früheren Drehmomentphase eingetreten. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine virtuelle Drehzahl des M/G ωV_MOTOR wie in Gleichung (3) gezeigt, anstelle der tatsächlichen Drehzahl des M/G verwendet werden.
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ωOS ist die Drehzahl der Antriebsstrangausgangswelle und rfinal drive ist die Achsübersetzung des Differenzials. Die Achsübersetzung des Differenzials ist für ein gegebenes Fahrzeug festgelegt und schwankt nicht während Herunterschaltungen. Durch Ersetzen von ωMOTOR durch ωV_MOTOR in Gleichung (1) wird eine neue Berechnung der neuen rekuperativen Bremsmomentgrenze in Gleichung (4) bereitgestellt.
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Aus Gleichung (4) geht hervor, dass die rekuperative Bremsmomentgrenze τregen unabhängig von sowohl der Änderung des Drehzahlverhältnisses als auch der Änderung des Drehmomentverhältnisses berechnet werden kann. Durch Verwendung der obigen Substitution einer virtuellen Drehzahl des M/G wird gestattet, dass die Berechnung der rekuperativen Bremsgrenze allein von der Antriebsstrangausgangswellendrehzahl ωOS abhängig ist. Durch Implementieren dieser Anpassung an die Grenzberechnung kann die Zeitverzögerung zwischen der Änderung des Getriebedrehmomentverhältnisses und der Änderung der Drehzahl der M/G-Welle außer Acht gelassen werden. Deshalb kann die Berechnung der rekuperativen Bremsmomentgrenze während Getriebeherunterschaltungen reibungsloser bereitgestellt werden.
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In einem Punkt wird sich bei der Verwendung der virtuellen Drehzahl des M/G als Indikator zur Steuerung der rekuperativen Bremsgrenze unter Verwendung eines vorhergesagten Übersetzungsverhältnisses nach dem Herunterschalten angenähert.
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Die Verwendung eines aktuelleren Eingangsparameters stromabwärts im Antriebsstrang kann als ein vorhergesagter Wert für unmittelbare Änderungen fungieren, die stromaufwärts im Antriebsstrang noch eintreten müssen.
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Die 3A bis 3F entsprechen sich hinsichtlich Zeit und zeigen verschiedene Antriebsstrangbetriebsbedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung. Jedes Diagramm zeigt eine andere Fahrzeugantwort als Funktion der Zeit auf eine Getriebeherunterschaltung während rekuperativen Bremsens. Die vorliegende Offenbarung gestattet den M/G-Betrieb in einem vorhergesagten Bereich.
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3A zeigt den Übergang zwischen Kupplungen während einer Getriebeherunterschaltung. Die vertikale Achse stellt die Höhe des Kupplungsdrucks zwischen vollständig eingerückt und ausgerückt dar. Anfangs ist die erste Kupplung bei maximalem Druck vollständig eingerückt, was durch die Kurve 302 dargestellt wird. Ein Getriebegangwechsel wird zum Zeitpunkt T1 eingeleitet. Wie oben besprochen, ist die anfängliche Phase des Herunterschaltens zwischen T1 und T2 die ”Drehmomentphase” des Gangwechsels. Der erste Kupplungsdruck beginnt zu dem gleichen Zeitpunkt abzunehmen, zu dem ein zweiter Kupplungsdruck erhöht wird. Der zweite Kupplungsdruck wird durch Kurve 304 dargestellt. Sobald das Getriebe die ”Trägheitsphase” des Gangwechsels, durch T2 bis T3 bezeichnet, durchlaufen hat, wird die zweite Kupplung vollständig eingerückt und die erste Kupplung ausgerückt. Die Änderung des Eingriffs der Kupplungen bewirkt eine sofortige Änderung des Drehmomentverhältnisses des Getriebes.
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3B zeigt das Verhältnis von Eingangsdrehmoment zu Ausgangsdrehmoment des Getriebes. Kurve 306 zeigt, dass das Drehmomentverhältnis des Getriebes mit einer Gangherunterschaltung zunimmt. Aus 3B ist ersichtlich, dass die Änderung des Drehmomentverhältnisses des Getriebes während der früheren Drehmomentphase des Getriebegangwechsels zwischen T1 und T2 erfolgt.
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3C zeigt das Verhältnis von Ausgangswellendrehzahl zu Eingangswellendrehzahl des Getriebes. Kurve 308 stellt das Drehzahlverhältnis dar. Aus 3 ist ersichtlich, dass die Drehzahländerung während der späteren Trägheitsphase der Getriebegangherunterschaltung zwischen T2 und T3 erfolgt. Ein Vergleich der Figuren 2 und 3 zeigt die Zeitverzögerung zwischen der Durchführung der Änderung des Drehmomentverhältnisses und der Änderung des Drehzahlverhältnisses.
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3D ist ein Diagramm der Drehzahlen der M/G-Ausgangswelle und der Antriebsstrangausgangswelle. Die Hebelübersetzung des Zahnradgetriebes des Getriebes gestattet eine Erhöhung oder eine Reduzierung der Drehzahl vom Eingang zum Ausgang. Kurve 310 stellt die Drehzahl der Welle zwischen dem M/G und dem Getriebe dar. Kurve 312 stellt die Drehzahl der Antriebsstrangausgangswelle zwischen dem Getriebe und den Fahrzeugrädern dar. In dem beispielhaften Diagramm von 3D ändert sich die Gangübersetzung von einem Overdrivezustand zu einer Getriebeuntersetzung. Im Anfangsteil des Diagramms ist die durch Kurve 312 gezeigte Drehzahl des Getriebeausgangs größer als die Drehzahl der Welle des M/G, Kurve 310. Dieser Anfangsteil kann als der Overdrive-Teil bezeichnet werden, in dem die Ausgangsdrehzahl schneller ist als die Eingangsdrehzahl. Im Anschluss an den Gangwechsel ändert sich die Beziehung, und die M/G-Wellendrehzahl 310 wird größer als die Antriebsstrangausgangswellendrehzahl 312. Es sollte auf der Hand liegen, dass nicht alle Herunterschaltgangwechsel zu einer Änderung von Overdrive zu Untersetzung führen. Es kommt in Betracht, dass die offenbarten Aspekte auf das Reduzieren von Schaltschockwirkungen von einem Herunterschalten aus irgendeinem bestimmten Gang gelten.
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Bezüglich der zeitlichen Koordinierung der Änderung des Getriebedrehzahlverhältnisses erfolgt die Änderung der M/G-Wellendrehzahl 310 während der Trägheitsphase des Getriebegangwechsels. Der gepunktete Teil 314 stellt die virtuelle M/G-Drehzahl dar, wie oben besprochen. Die virtuelle M/G-Drehzahl des gepunkteten Teils 314 kann ein ansprechender Indikator zum Bewirken einer sofortigen Änderung der rekuperativen Bremsmomentgrenze entsprechend der anfänglichen Drehmomentphase des Getriebegangwechsels sein. Eine Verzögerung der Bremsantwort des M/G kann durch Verwendung einer virtuellen M/G-Wellendrehzhhl, die sich gleichzeitig mit der Änderung des Drehmomentverhältnisses des Getriebes ändert, reduziert oder vermieden werden.
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3E ist ein Diagramm einer Grenze für den rekuperativen Bremsmomentbefehl für den MIG. Kurve 316 stellt die M/G-Drehmomentgrenze basierend auf dem vom Wechselrichter zur Verfügung stehenden maximalen Strom dar, oben als τgen beschrieben. In dem Beispiel von 3E ist die minimale Drehmomentgrenzkurve 316 des M/G allgemein konstant. Kurve 318 stellt die M/G-Drehmomentgrenze basierend auf der Drehzahl der Welle des M/G dar. Die Grenze variiert gemäß der Drehzahl der Welle des M/G, oben als Kurve 310 beschrieben. Das Diagramm stellt ein bildliches Beispiel dar, dass der Befehl für rekuperatives Bremsmoment durch die geringere der beiden absoluten Grenzen dominiert werden kann, wie als Kurve 316 und Kurve 318 gezeigt. Die Implementierung der virtuellen M/G-Drehzahl dient der Modifizierung der M/G-Drehmomentgrenze vor der Änderung der Drehzahl der Welle des M/G.
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Aus 3E ist ersichtlich, dass die auf der Drehzahl des M/G basierende Änderungsrate der Grenze während der Drehmomentphase zwischen T1 und T2 in Verbindung mit der Änderung des Getriebedrehmomentverhältnisses vor Änderung der Drehzahl des M/G zunimmt. Insbesondere zeigt Teil 322 der Drehmomentbefehlsgrenzkurve 318 eine plötzliche Abnahme der Grenze während der Drehmomentphase des Getriebeherunterschaltereignisses. Die Abnahmerate der Grenze kann durch Verwendung der virtuellen Drehzahl des M/G, wie oben beschrieben, gesteuert werden. Teil 320 entspricht einer Modifizierung der rekuperativen Bremsmomentbefehlsgrenze basierend auf der virtuellen M/G-Drehzahl im Vergleich zu der tatsächlichen M/G-Drehzahl während einer Getriebeherunterschaltung und eines rekuperativen Bremsereignisses. Während der Modifizierung der Grenze ist weniger als die gesamte rekuperative Bremsmomentfähigkeit des M/G verfügbar. Ein sanfterer Übergang bei der Bremsgrenze kann durch Einstellung des rekuperativem M/G-Bremsgrenzbefehls während Getriebeherunterschaltereignissen bereitgestellt werden. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass die Änderung der virtuellen M/G-Drehzahl gleichzeitig mit der Änderung des Getriebedrehmomentverhältnisses erfolgt, wodurch eine aktuellere Eingabe zur Regulierung der rekuperativen Bremsmomentbefehlsgrenze bereitgestellt wird.
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Die vorliegende Offenbarung stellt repräsentative Steuerstrategien und/oder -logik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, implementiert werden kann/können. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Obgleich dies nicht explizit dargestellt wird, liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass eine oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Verarbeitungsstrategie wiederholt durchgeführt werden können. Auf ähnliche Weise ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung angegeben.
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Die Steuerlogik kann in erster Linie in einer Software implementiert werden, die durch Steuerung eines Fahrzeugs, einer Kraftmaschine und/oder eines Antriebsstrangs auf Mikroprozessorbasis durchgeführt wird. Natürlich kann die Steuerlogik in Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung implementiert werden. Wenn sie in der Software implementiert wird, kann die Steuerlogik in einem oder mehreren rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien mit gespeicherten Daten vorgesehen werden, die einen Code oder Anweisungen darstellen, die von einem Rechner ausgeführt werden, um das Fahrzeug oder seine Untersysteme zu steuern. Die rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Anzahl von bekannten physischen Vorrichtungen enthalten, die einen elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher verwenden, um ausführbare Befehle und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu halten. Als Alternative können die Prozesse, Methoden oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung von geeigneten Hardwarekomponenten, wie etwa ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen), FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderen Hardwarekomponenten oder -einrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, realisiert werden.
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Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen der Darstellung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein, jedoch können, wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
