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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Tastpunkts einer mittels einer Hydraulikeinheit betätigten Trennkupplung eines zwischen einer Brennkraftmaschine und Antriebsrädern angeordneten Hybridmoduls, wobei ein mit einem Arbeitsdruck betriebener Nehmerzylinder die Trennkupplung entgegen der Wirkung einer einen Reibeingriff der Trennkupplung einstellenden Hebelfeder und einer einen Nehmerzylinderkolben des Nehmerzylinders bei sich öffnender Trennkupplung in eine Nulllage überführenden Rückstellfeder betätigt und ein Öffnen der Trennkupplung durch Abbau des Arbeitsdrucks erfolgt.
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Trennkupplungen dienen in Antriebssträngen der steuerbaren Übertragung von Drehmomenten beispielsweise zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe. In einem gattungsgemäßen Hybridantriebsstrang mit einem Hydraulikmodul dient die Trennkupplung der Zu- und Abkopplung der Brennkraftmaschine von zumindest einer Elektromaschine. Zur exakten Steuerung ist bei derartigen Trennkupplungen die Ermittlung eines aktuellen Tastpunkts nötig, bei dem die Trennkupplung beginnt, ein Drehmoment zu übertragen. Dieser Tastpunkt ist von Betriebsparametern des Antriebsstrangs, beispielsweise der Temperatur, dem Verschleiß der Trennkupplung und dergleichen abhängig.
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DE 10 2014 211 669 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Tastpunktänderung einer Hybridtrennkupplung eines Hybridfahrzeugs.
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DE 10 2007 003 902 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Kupplungssystems mit einem elektrohydraulischen Aktor.
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DE 10 2017 107 491 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung einer Lebensdauer einer Reibungskupplung eines Fahrzeugs.
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Aus der Druckschrift WO 2014/ 023 304 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Ermittlung eines Tastpunkts einer hydrostatisch betätigten Reibungskupplung bekannt, bei der mittels eines Positionssensors eines Geberzylinderkolbens eines Geberzylinders zur hydrostatischen Betätigung eines die Reibungskupplung betätigenden Nehmerzylinders und einem Druck-/Kraftsensor zur Erfassung des Drucks in der hydrostatischen Leitung zwischen Geberzylinder und Nehmerzylinder Positions-Kraft-Kennlinien ermittelt werden, anhand derer der Tastpunkt der Reibungskupplung ermittelt wird. Aus der Druckschrift
DE 10 2011 101 870 A1 ist ein Verfahren zum Schätzen von Kupplungsparametern bekannt, bei dem ein Verlauf eines Betätigungsdrucks zum Schließen der Reibungskupplung und ein Solldrucksignal und/oder Zeitsignal parallel erfasst und gespeichert werden, wobei der Verlauf in zumindest zwei unterschiedliche Bereiche geteilt wird, die Bereiche mit unterschiedlichen Approximationsfunktionen approximiert werden und an deren Knickpunkt ein Kupplungsparameter, beispielsweise der Tastpunkt ermittelt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Ermittlung des Tastpunkts einer Trennkupplung. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und robustes Verfahren zur Ermittlung des Tastpunkts einer Trennkupplung vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Das vorgeschlagene Verfahren dient der Ermittlung eines Tastpunkts einer Trennkupplung in einem Hybridmodul eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
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Das Hybridmodul ist beispielsweise zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Differential mit Antriebswellen und Antriebsrädern angeordnet. Das Hybridmodul enthält eine erste und eine zweite Elektromaschine und die zwischen den Elektromaschinen angeordnete Trennkupplung. Die erste Elektromaschine dient beispielsweise als Generator und wird beispielsweise von der Brennkraftmaschine zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben, die in einer Batterie gespeichert wird und mit der die zweite Elektromaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs betrieben wird. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit, beispielsweise 50 km/h kann zur Erhöhung des Wirkungsgrads des Antriebs des Kraftfahrzeugs die Trennkupplung geschlossen und das Kraftfahrzeug hybridisch betrieben werden.
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Die Trennkupplung wird beispielsweise mittels einer Hydraulikeinheit mit einer hydraulischen, elektrisch angetriebenen Pumpe betätigt. Die Elektromaschinen und die Hydraulikeinheit werden von einer oder mehreren Steuereinheiten gesteuert. Die Hydraulikeinheit enthält beispielsweise eine Druckleitung, in der mittels der Pumpe ein vorgegebener Arbeitsdruck eingestellt wird. Der Arbeitsdruck wird mittels eines Drucksensors erfasst.
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Die Trennkupplung wird mittels eines Nehmerzylinders betätigt. Hierbei verlagert beispielsweise ein Nehmerzylinderkolben ein Betätigungsbauteil wie beispielsweise eine Hebelfeder der Trennkupplung axial mittels einer zwischengeschalteten Betätigungsmechanik entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder zur Rückstellung des Nehmerzylinderkolbens bei öffnender Trennkupplung. Ein Weg- oder Positionssensor des Nehmerzylinderkolbens ist nicht vorgesehen. Die Betätigungsmechanik enthält gegebenenfalls einen Drehausgleich, beispielsweise ein Betätigungslager. Der Nehmerzylinder wird mittels eines von einer Steuereinheit gesteuerten Schaltventils gesteuert, welches zwischen dem Nehmerzylinder und der Pumpe in der Druckleitung angeordnet ist. Unter vorgegebenem Arbeitsdruck wird bei geöffnetem Schaltventil der Nehmerzylinderkolben des Nehmerzylinders verlagert und die Trennkupplung wird geschlossen. Der Arbeitsdruck in der Druckleitung kann mittels eines Rückschlagventils gehalten werden, so dass die Pumpe abgeschaltet oder anderweitig eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann die Pumpe als bidirektionale Pumpe ausgebildet sein, wobei in eine Drehrichtung der Pumpe der Arbeitsdruck in der Druckleitung eingestellt und in die andere Drehrichtung in einer Druckmittelleitung ein Fluidstrom zur Kühlung und/oder Schmierung zumindest einer Antriebsstrangkomponente bereitgestellt wird. Soll die Trennkupplung geöffnet werden, wird ein Schaltventil zwischen dem Nehmerzylinder und einem drucklosen Sumpf geöffnet und der Arbeitsdruck entspannt. Aufgrund von Leckage vermindert sich der Arbeitsdruck am Nehmerzylinder beziehungsweise in der Druckleitung. Wird ein vorgegebenes Druckminimum des Arbeitsdrucks unterschritten, startet die Pumpe einen Nachpumpvorgang bis zu einem vorgegebenen Druckmaximum.
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Beispielsweise kann das Hybridmodul eine Parksperre enthalten, welche mittels eines in der Druckleitung angeordneten Schaltventils mit einem nachgeschalteten, die Parksperre betätigenden Nehmerzylinder betätigt wird.
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Um den Tastpunkt einfach und beispielsweise ohne Positionssensor des Nehmerzylinderkolbens ermitteln zu können, wird während eines Öffnungsvorgangs der Trennkupplung, das heißt, beispielsweise unmittelbar nach dem Öffnen eines Schaltventils, welches die Druckleitung mit dem Sumpf verbindet, ein von der Entspannung der Hebelfeder und der Rückstellfeder abhängiger Druckverlauf erfasst und ein Tastpunkt bei entspannter Hebelfeder festgelegt.
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Erfindungsgemäß werden die Hebelfeder und die Rückstellfeder seriell angeordnet und auf unterschiedliche Steifigkeiten ausgelegt. Hierdurch wird von der Hebelfeder mit hoher Steifigkeit der Reibschluss an der Trennkupplung aufgehoben. Die vorgespannte Rückstellfeder bleibt dabei aufgrund ihrer geringeren Steifigkeit komprimiert. Sobald die Hebelfeder entspannt ist, wird kein Reibmoment mehr über die Trennkupplung übertragen, das heißt, der Tastpunkt ist erreicht, obwohl der Nehmerzylinderkolben noch nicht vollständig an seiner Nulllage angekommen ist. Der weitere Druckverlauf mit abnehmendem Druck erfolgt aufgrund der Rückstellung des Nehmerzylinderkolbens in dessen Nulllage mithilfe der Rückstellfeder. Hieraus erfolgen bedingt durch die beiden unterschiedlichen Steifigkeiten der Hebel- und Rückstellfeder zwei Druckverlaufsäste, an deren Knickpunkt der Tastpunkt angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß werden die Steigungen des Druckverlaufs bei sich entspannender Hebelfeder und aufgrund der kleineren Steifigkeit im Wesentlichen anschließend entspannenden Rückstellfeder unterschieden und ein Übergangsbereich zwischen den Steigungen als Tastpunkt festgelegt.
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Beispielsweise kann der während des Öffnungsvorgangs der Trennkupplung erfasste Druckverlauf vor der Ermittlung des Tastpunkts in einer Steuereinheit abgespeichert werden. Anschließend, beispielsweise wenn die Trennkupplung bereits wieder geschlossen ist oder zu einem anderen Zeitpunkt kann der Tastpunkt bestimmt werden. Um den fließenden Übergang zwischen den beiden Steigungen aufzulösen, wird der Druckverlauf erfindungsgemäß nach der Zeit abgeleitet. Hierbei wird erfindungsgemäß ein abgeleiteter Druckwert des Druckverlaufs dann als Tastpunkt bestimmt, wenn dieser innerhalb eines vorgegebenen Zielfensters liegt. Das Zielfenster kann beispielsweise ein vorgegebener oder an den Druckverlauf laufend angepasster Druckbereichsgradient sein.
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Der Tastpunkt wird in bevorzugter Weise während einer Betriebsdauer des Hybridmoduls regelmäßig und/oder abhängig von zumindest einem weiteren Parameter des Hybridmoduls, beispielsweise dessen Betriebstemperatur, insbesondere der Temperatur der Trennkupplung und/oder der Temperatur der Hydraulikeinheit gezielt bestimmt.
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Der auf diese Weise ermittelte Tastpunkt dient insbesondere der Steuerung der Trennkupplung zur Erkennung einer beginnenden Übertragung von Drehmoment über die Trennkupplung. Zudem kann nach einem eingeleiteten Öffnungsvorgang der Trennkupplung bei Erreichen des Tastpunkts auf eine geöffnete Trennkupplung erkannt werden. Gegebenenfalls kann ein erkannter Tastpunkt und/oder eine damit erkannte geöffnete Trennkupplung mittels einer vorgegebenen Differenzdrehzahl zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil plausibilisiert werden.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematisch dargestellten Hybridantriebsstrang,
- 2 eine Hydraulikeinheit zum Betrieb der Trennkupplung des Hybridantriebsstrangs der 1,
- 3 ein Diagramm zur Darstellung der Erfassung des Tastpunkts der Trennkupplung der 1 und 2,
- 4 ein Diagramm zur Bestimmung des Tastpunkts aus dem Druckverlauf des Nehmerzylinders der Hydraulikeinheit der 2
und
- 5 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Tastpunkts der Trennkupplung der 1 und 2.
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Die 1 zeigt den Hybridantriebsstrang 1 für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellung. Die Brennkraftmaschine 3 ist mit dem Hybridmodul 2 mit den beiden Elektromaschinen 4, 5 und der dazwischen angeordneten Trennkupplung 6 drehfest verbunden. Die Kurbelwelle 7 der Brennkraftmaschine 3 und der Rotor 8 der ersten Elektromaschine 4 sind mittels der Eingangswelle 9 drehfest mit dem Eingangsteil 10 der mittels der Hydraulikeinheit 100 der 2 automatisiert betätigten Trennkupplung 6 verbunden. Das Ausgangsteil 11 der Trennkupplung 6 ist mit der Ausgangswelle 12 mit dem Rotor 13 der zweiten Elektromaschine 5 verbunden.
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Ist die Trennkupplung 6 vollständig, das heißt ohne Schlupf geschlossen, entspricht die Drehzahl der Eingangswelle 9 der Drehzahl der Ausgangswelle 12 und überträgt das maximal übertragbare Kupplungsmoment gegebenenfalls über eine Übersetzungsstufe und ein Differential auf die Antriebsräder 14.
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Zur Unterstützung eines alleinigen Antriebs des Hybridantriebsstrangs 1 mittels der Elektromaschine 5 kann die Trennkupplung 6 geschlossen und damit die Elektromaschine 4 und die Brennkraftmaschine 3 zugeschaltet werden. Der Tastpunkt der Trennkupplung 6 wird während eines Öffnungsvorgangs der Trennkupplung 6 ermittelt, indem der Druckverlauf des die Trennkupplung schließenden Kupplungsnehmerzylinders erfasst und ausgewertet wird.
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Die 2 zeigt unter Bezug auf die 1 den Hydraulikplan der Hydraulikeinheit 100 zur hydraulischen Betätigung der Trennkupplung 6, der Parksperre 101 und zur Kühlung und/oder Schmierung von Komponenten des Hybridantriebsstrangs 1, beispielsweise der nass betriebenen Trennkupplung 6. Die Pumpe 104 der Hydraulikeinheit 100 arbeitet bidirektional, so dass in eine Drehrichtung der Pumpe 104 in der Druckleitung 108 der Arbeitsdruck p aufgebaut wird und in die andere Drehrichtung in der Druckmittelleitung 107 Druckmittel zur Schmierung und/oder Kühlung bereitgestellt wird.
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Die Trennkupplung 6 und die Parksperre 101 werden mittels des Schaltventils 102 alternativ betätigt. Die Trennkupplung 6 wird bei durchgeschaltetem Schaltventil 102 mittels des Schaltventils 103 entweder mit der Pumpe 104 oder dem drucklosen Sumpf 105 verbunden.
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Die von dem Elektromotor 106 angetriebene Pumpe 104 baut in der Druckleitung 108 bei entsprechender Schaltung des Schaltventils 102 und des Schaltventils 103 den vorgegebenen Arbeitsdruck p auf, welcher durch entsprechende Steuerung des Elektromotors 106 mittels der Steuereinheit 109 eingestellt wird und von dem Drucksensor 110 erfasst wird. Zwischen der Pumpe 104 und der Druckleitung 108 ist das Rückschlagventil 112 angeordnet, so dass bei Erreichen des Arbeitsdrucks p die Pumpe 104 abgeschaltet oder in der anderen Drehrichtung zur Versorgung der Druckmittelleitung 107 betrieben werden kann. Fällt im Falle von Leckage der Arbeitsdruck unter einen vorgegebenen Wert, schaltet die Pumpe 104 wieder in die andere Drehrichtung und baut den Arbeitsdruck p wieder auf.
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Mittels des in der Druckleitung 108 anliegenden Arbeitsdrucks p wird der Nehmerzylinder 111 der Trennkupplung 6 beaufschlagt, die Trennkupplung 6 wird betätigt und überträgt ein von dem Arbeitsdruck p abhängiges Kupplungsmoment. Im Falle der vollständig geschlossenen Trennkupplung 6 überträgt diese das maximal übertragbare Kupplungsmoment. Infolge des anliegenden Arbeitsdrucks p wird der Nehmerzylinderkolben 115 axial verlagert und spannt zum Schließen der Trennkupplung 6 die Rückstellfeder 113 und die Hebelfeder 114 vor. Die Hebelfeder 114 stellt den Reibschluss der Trennkupplung 6 ein, indem diese beispielsweise eingangsseitig und ausgangsseitig abwechselnd geschichtete Lamellen der nass betriebenen Trennkupplung 6 axial vorspannt.
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Der Verlagerungsweg Δs des Nehmerzylinderkolbens 115 von einem Arbeitsdruck p=0 bis zum maximalen Arbeitsdruck enthält einen Tastpunktdruck, bei dem an dem Tastpunkt die Hebelfeder 114 vollständig entspannt ist, wodurch die Trennkupplung 6 gerade kein Kupplungsmoment mehr überträgt. Bei diesem Tastpunkt kann die Rückstellfeder 113 noch teilweise vorgespannt sein. Dies führt zu einem Druckverlauf des abnehmenden Arbeitsdrucks p, der von einem infolge der höheren Steifigkeit der Hebelfeder 114 steilen Abfall mit großer Steigung in einen Abschnitt mit geringerer Steigung übergeht, bei dem die Rückstellfeder 113 vollständig entspannt wird. Ein Knickpunkt der beiden Abschnitte unterschiedlicher Steigung markiert dabei den Tastpunkt. Die 3 zeigt unter Bezug auf die 1 und 2 das Diagramm 200 mit den Teildiagrammen I, II. Das Teildiagram I zeigt den Arbeitsdruck p über die Zeit t in Sekunden und das Teildiagramm II den zugehörigen Druckgradienten p/dt über die Zeit t. Bei der Zeit t1 wird die Trennkupplung 6 geschlossen, indem das Schaltventil 103 geschlossen wird und das Schaltventil 102 in Richtung Nehmerzylinder 111 durchgeschaltet wird. Aus dem Druckverlauf 201 ist zu entnehmen, dass sich bis zum Zeitpunkt t2 der maximale Arbeitsdruck pmax aufgebaut hat und der Nehmerzylinderkolben 115 entlang des Verlagerungswegs Δs (2) unter Vorspannung der Hebelfeder 114 und der Rückstellfeder 113 verlagert ist und damit die Trennkupplung 6 vollständig geschlossen ist.
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Am Zeitpunkt t3 wird zum Öffnen der Trennkupplung 6 das Schaltventil 103 geöffnet und der Arbeitsdruck p wird abgebaut, indem der Nehmerzylinderkolben 115 zuerst von der vorgespannten Hebelfeder 114 mit einem steilen Druckverlauf entlang des Abschnitts 202 und nach Abbau dessen wesentlicher Vorspannung mit einem weniger steilen Druckverlauf entlang des Abschnitts 203 in seine Nulllage zurückgedrückt wird. An dem Knickpunkt K der beiden Abschnitte 202, 203 ist der Tastpunkt der Trennkupplung 6 erreicht. Messtechnisch ist es ausreichend, den Tastpunkt zu ermitteln, wenn der Knickpunkt K innerhalb des Zielfensters Δp angeordnet ist.
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Der Druckgradient p/dt mit seinem Gradientenverlauf 204 ermöglicht jeweils die Ermittlung der zugehörigen Steigung des Druckverlaufs 201 zu jedem Zeitpunkt. Beispielsweise kann der Tastpunkt bestimmt werden, wenn die Steigung mtast innerhalb eines vorgegebenen Werts liegt.
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Das Diagramm 300 in der 4 zeigt unter Bezug auf die 1 bis 3 den Druckverlauf 201 der 3 über die Zeit t und die zugehörige Bestimmung des Tastpunkts. Hierzu werden die einzelnen, in einer Steuereinheit, beispielsweise in der Steuereinheit 109 abgespeicherten Druckwerte des Druckverlaufs 201 abgespeichert und dessen beiden Abschnitten 202, 203 die angenäherten Geraden g1, g2 zugeordnet. Liegt eine Steigung mtast am Schnittpunkt S der Geraden g1, g2 und der Schnittpunkt S innerhalb eines vorgegebenen Bereichs und der Schnittpunkt S innerhalb des Zielfensters Δp, wird auf einen aktualisierten Tastpunkt erkannt, dieser abgespeichert und zukünftig verwendet.
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Die 5 zeigt unter Bezug auf die vorhergehenden Figuren das Ablaufdiagramm 400 mit der beispielsweise in der Steuereinheit 109 implementierten Routine 411 zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung des Tastpunkts der Trennkupplung 6. In dem Block 401 wird die Routine 411 gestartet, in Block 402 initialisiert, das heißt beispielsweise Register gelöscht und gegebenenfalls mit Übergabedaten versehen.
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In der Verzweigung 403 wird abgefragt, ob die Trennkupplung 6 geöffnet werden soll. Solange die Trennkupplung 6 geschlossen bleibt, wartet die Routine 411 an dieser Verzweigung 403. Soll die Trennkupplung 6 geöffnet werden, indem beispielsweise an die Routine 411 ein Signalbit von der übergeordneten Steuereinheit 109 übergeben wird, wird in Block 404 das Schaltventil 102 geöffnet. In Block 405 werden die Druckwerte des Drucksensors 110 erfasst und abgespeichert. In Block 406 werden die gespeicherten Datenwerte nach der Zeit abgeleitet. In Block 407 erfolgt eine Datenanalyse der Blöcke 405 und 406.
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In der Verzweigung 408 wird geprüft, ob die erfassten Druckwerte in dem Zielfenster Δp liegen. Ist dies der Fall, wird in der Verzweigung 409 geprüft, ob die vorgegebene Steigung des Knickpunktes K der Abschnitte 202, 203, beziehungsweise des Schnittpunkts S der an diese angenäherten Geraden g1, g2 innerhalb des Zielfensters Δp liegt. Ist dies der Fall, wird in Block 410 der aktualisierte Tastpunkt abgespeichert. Ist dies nicht der Fall, wird die Ermittlung des Tastpunkts beendet und es erfolgt die Rückkehr vor die Verzweigung 403.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridantriebsstrang
- 2
- Hybridmodul
- 3
- Brennkraftmaschine
- 4
- Elektromaschine
- 5
- Elektromaschine
- 6
- Trennkupplung
- 7
- Kurbelwelle
- 8
- Rotor
- 9
- Eingangswelle
- 10
- Eingangsteil
- 11
- Ausgangsteil
- 12
- Ausgangswelle
- 13
- Rotor
- 14
- Antriebsrad
- 100
- Hydraulikeinheit
- 101
- Parksperre
- 102
- Schaltventil
- 103
- Schaltventil
- 104
- Pumpe
- 105
- Sumpf
- 106
- Elektromotor
- 107
- Druckmittelleitung
- 108
- Druckleitung
- 109
- Steuereinheit
- 110
- Drucksensor
- 111
- Nehmerzylinder
- 112
- Rückschlagventil
- 113
- Rückstellfeder
- 114
- Hebelfeder
- 115
- Nehmerzylinderkolben
- 200
- Diagramm
- 201
- Druckverlauf
- 202
- Abschnitt
- 203
- Abschnitt
- 204
- Gradientenverlauf
- 300
- Diagramm
- 400
- Ablaufdiagramm
- 401
- Block
- 402
- Block
- 403
- Verzweigung
- 404
- Block
- 405
- Block
- 406
- Block
- 407
- Block
- 408
- Verzweigung
- 409
- Verzweigung
- 410
- Block
- 411
- Routine
- g1
- Gerade
- g2
- Gerade
- K
- Knickpunkt
- mtast
- Steigung
- p
- Arbeitsdruck
- p/dt
- Druckgradient
- pmax
- Maximaldruck
- S
- Schnittpunkt
- t
- Zeit
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt
- t3
- Zeitpunkt
- Δp
- Zielfenster
- Δs
- Verlagerungsweg
- I
- Teildiagramm
- II
- Teildiagramm
