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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Aktuators für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung, sowie eine Antriebsvorrichtung und ein Fahrzeug.
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Hydraulische Aktuatoren finden beispielsweise in Automatikgetrieben für Kraftfahrzeuge Anwendung bei deren Betätigung mittels einer Beaufschlagung mit einer hydraulischen Energie eine mechanische Wirkung erzielt wird. Dies kann im Falle von hydraulischen Schaltelementen eine Koppelung von drehenden Getriebeteilen mittels einer Kupplung sein oder eine mechanische Stellbewegung wie bei den Schaltstangen eines Doppelkupplungsgetriebes. So wird beispielsweise bei einem Übersetzungswechsel in einem Automatikgetriebe üblicherweise mindestens ein Schaltelement abgeschaltet und ein anderes Schaltelement zugeschaltet. Die Schaltelemente können sowohl reibschlüssig als auch formschlüssig ausgebildet sein. Ein reibschlüssiges Schaltelement ist üblicherweise als Lamellenschaltelement ausgebildet. Man unterscheidet hierbei zwischen Lamellenkupplungen, mittels welchen zwei drehende Getriebeelemente verbindbar sind und Lamellenbremsen, mittels welchen ein drehendes Getriebeelement mit dem Getriebegehäuse verbindbar ist und damit zum Stillstand gebracht wird.
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Bei der Betätigung eines hydraulischen Aktuators muss dieser mit einem Betriebsmedium, üblicherweise Hydraulik- oder Getriebeöl, befüllt und druckbeaufschlagt werden. Die Druckbeaufschlagung vollzieht sich hierbei in einer Schnellfüllphase und einer Druckaufbauphase. Ist der hydraulische Aktuator beispielsweise als reibschlüssiges Schaltelement wie eine Lamellenkupplung ausgebildet, so werden in der Druckaufbauphase, die miteinander reibenden Schaltelementhälften unter einem hydraulischen Druck immer stärker gegeneinander gedrückt bis eine drehfeste Koppelung zwischen den Schaltelementhälften besteht. Bei hydraulischen Aktuatoren für Schaltstangen, die beispielsweise als Zylinder-Kolben-Einheiten ausgebildet sind, werden über die hydraulisch erzeugte Bewegung die zugehörenden Schaltmuffen verschoben und so ein Gang formschlüssig ein- oder ausgelegt. Die Schnellfüllphase ist hierbei erforderlich, um möglichst zeitnah nach einem Schaltbefehl aus einer elektronischen Steuerung mit der Druckaufbauphase beginnen zu können. Während dieser werden in möglichst kurzer Zeit Spiele wie beispielsweise das Lüftspiel und Elastizitäten des Schaltelements ausgeglichen. Unter einem Lüftspiel ist nachfolgend der Weg eines auf das Schaltelement wirkenden hydraulischen Kolbens zu verstehen, den dieser zurücklegen muss bis das Spiel zwischen den Lamellen so weit reduziert ist, dass diese aneinander anliegen, ohne jedoch ein für den Fahrzeugantrieb ausreichendes Moment übertragen zu können. Um das Lüftspiel einer hydraulisch betätigten Kupplung weitestgehend möglichst schnell zu überwinden, werden Kupplungen im Stand der Technik mit der Schnellbefüllung, welche sich zeitlich über eine Schnellfüllphase erstreckt, bis zum Einkuppelpunkt befüllt, wie dies beispielsweise aus der
DE 199 55 987 A1 bekannt ist. Von da ab beginnt die Drehmomentübertragung.
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Die zeitliche Länge der Schnellfüllphase, auch als Schnellbefüllzeit bezeichnet, ist auf ein entlüftetes Betätigungssystem abgestimmt und an das jeweilige Betätigungssystem angepasst. Unter einem Betätigungssystem ist nachfolgend der Teil des Hydrauliksystems zu verstehen, in welchem zumindest annähernd ein hydraulischer Druck herrscht und einstellbar ist, der direkt oder indirekt auf den hydraulischen Aktuator wirksam ist. Unter einer indirekten Wirkung ist beispielsweise eine Druckwirkung über einen Übersetzungskolben oder einen Ventilkolben eines Steuerventils zu verstehen. Der Druck im Betätigungssystem ist beispielsweise mittels eines elektronischen Druckstellers einstellbar.
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Leider lässt es sich, vor allem nach längerem unbetätigtem Zustand nicht vermeiden, dass das Hydrauliksystem sich zumindest teilweise entleert, so dass sich Luft in dem Betätigungssystem sammelt. Hierdurch weisen hydraulische Steuerungen und die anzusteuernden hydraulischen Aktuatoren wie beispielsweise die Kupplungen oder Zylinder zur Schaltstangenbetätigung sehr stark erhöhte dynamische Verzögerungen im Ansprechverhalten auf, so dass der den hydraulischen Aktuator beaufschlagende Ist-Druckverlauf stark vom Soll-Druckverlauf, welcher von einer elektronischen Steuerung ausgegeben wird, abweicht. Die resultierenden Verzüge erzeugen für die überlagerte Ansteuerung ein unvorhergesehenes Verhalten und wirken sich auch auf die Stellgenauigkeit und den somit erreichbaren Komfort aus. Zudem kann das Hydrauliköl, das zusätzlich zur Betätigung auch zur Kühlung der Komponenten genutzt wird, bei hohen Volumenströmen oder hohen Drehzahlen an den Komponenten, leicht verschäumen. Die in dem verschäumten Öl gelöste Luft tritt in Beruhigungsphasen aus, so dass sich auch darüber Luft in dem Betätigungssystem sammeln kann.
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Diese Luft muss zusätzlich bei der Betätigung eines hydraulischen Aktuators, beispielsweise zum Verfahren des Kolbens einer Kupplung, komprimiert werden, was sich in einem zusätzlich zu befüllenden Volumen äußert. Wird dieses zusätzliche Volumen in der Ansteuerung nicht ausreichend berücksichtigt, befindet sich die Kupplung nach der Schnellfüllphase nicht am Einkuppelpunkt und deshalb muss weiterhin noch relativ viel Volumen in den Betätigungspfad und in die Kolbenkammer fließen, um gewünschte Druckänderungen und somit Drehmomentreaktionen zu erzeugen, wodurch sich das Hydrauliksystem träge verhält. Das Zusatzvolumen kann theoretisch durch eine passende Verlängerung der Schnellbefüllzeit ausreichend kompensiert werden, wie dies nachfolgend unter 1 bis 4 beschrieben wird. Im weiteren Betrieb kann die Luft über vorgesehene Entlüftungsbohrungen entweichen. Eine genaue, passende Wahl der Verlängerungszeit ist jedoch nur mit einer ausreichend genauen Kenntnis des Anteils der Luft zum jeweiligen vorkonditionierten Zustand (z.B. Stillstandzeit, Abstelltemperatur, Abstellwinkel, usw.) möglich. Dies lässt sich jedoch nicht auf einfache Art genau bestimmen, sondern lediglich abschätzen, was zu einer unzureichenden Berücksichtigung führen kann.
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Um den Einfluss der Lufteinschlüsse auf den hydraulischen Aktuator ausreichend zu kompensieren und beispielsweise die gewünschte Steigerung der Übertragungsfähigkeit des Schaltelements bei einem guten Schaltkomfort darstellen zu können, können in Betätigungssystemen und Schaltelementen relativ teure Sensoren (Drucksensor, Wegsensor, oder Ähnliches.) angeordnet sein, um das Betätigungsverhalten beobachten und darauf reagieren zu können. Ein solches Verfahren, bei welchem ein Kupplungsdruck gemessen und die Schnellbefüllung dementsprechend gestaltet wird, ist aus der
DE 10 2009 055 063 A1 bekannt.
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Bei Systemen ohne Sensor wird der Einfluss der Luft z.B. über die Stillstandzeit oder eine Verschäumungssimulation geschätzt und entsprechend bei der Ansteuerung berücksichtigt. Jedoch ist diese Schätzung relativ ungenau, da die Leckagewege, über die die Betätigungskanäle leerlaufen, produktionsbedingt sehr unterschiedlich sein können und von dem Betriebszustand sowie dem nicht beeinflussbaren und nicht ermittelbaren Abstellzustand der drehbaren und betätigbaren Teile abhängig sein können.
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Andere Strategien setzen auf Entlüftungspulse, oder Wartezeit zur Entlüftung. Doch diese Maßnahmen entlüften nicht zuverlässig, benötigen relativ viel Zeit oder versetzen das System in einen undefinierten Ausgangszustand (z.B. teilbefüllte Kupplung). Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 224 744 A1 bekannt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, bei welchem ein hydraulischer Aktuator unter Berücksichtigung von Lufteinschlüssen im Betätigungssystem so befüllt und druckbeaufschlagt wird, so dass die Abweichung zwischen einem Soll-Druckverlauf und einem Ist-Druckverlauf in dem Aktuator ohne einen zusätzlichen Aufwand an Sensorik möglichst gering ist.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Demnach ist ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Aktuators einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs angegeben, wobei die Antriebsvorrichtung mindestens einen hydraulischen Aktuator, eine Druckstelleinrichtung und eine die Druckstelleinrichtung ansteuernde elektronische Steuerung umfasst. Der Aktuator ist hierbei zu dessen Betätigung durch ein Betätigungssystem mit einem flüssigen Betriebsmedium zu befüllen und mit einem hydraulischen Druck zu beaufschlagen, wobei der Druckaufbau in dem Aktuator zunächst eine Schnellfüllphase und anschließend eine Druckaufbauphase umfasst. Erfindungsgemäß erfolgt unter bestimmten Betriebsbedingungen die Einstellung der zeitlichen Länge der Schnellfüllphase und die Höhe eines Schnellfülldruckes in Abhängigkeit einer außerhalb des hydraulischen Aktuators und / oder des Betätigungssystems erfassten Betriebsgröße erfolgt, welche vom Befüllungszustand und damit den Druckverhältnissen im hydraulischen Aktuator beeinflusst wird. Diese Betriebsgröße ist damit keine Aktuatorbetriebsgröße im hydraulischen Aktuator oder in dessen Betätigungssystem selbst.
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Damit ist vorteilhafter Weise eine Einstellung der zeitlichen Länge der Schnellfüllphase möglich, ohne dass eine Aktuatorbetriebsgröße, deren Verlauf eine solche Veränderung der Länge der Schnellfüllphase erfordern würde, mittels eines Sensors erfasst werden müsste. Die außerhalb des hydraulischen Aktuators und des Betätigungssystems erfassten Betriebsgrößen werden ohnehin erfasst und in einer elektronischen Steuerung ausgewertet, um die Antriebsvorrichtung oder das Fahrzeug zu betreiben. Hierdurch spart man den Aufwand eines speziellen Sensors im Aktuator oder im Betätigungssystem, was einen einfacheren Aufbau, eine geringere Teilezahl, eine einfachere Gestaltung der Antriebsvorrichtung und geringere Kosten sowie eine geringere Störanfälligkeit bedeutet.
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Die im hydraulischen Aktuator wirkende Aktuatorbetriebsgröße wird damit weder direkt noch indirekt im Betätigungssystem oder im hydraulischen Aktuator gemessen.
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Es ist möglich, dass die Aktuatorbetriebsgröße ein hydraulischer Druck oder eine Temperatur oder eine Wegstrecke ist, um welche Bauteile des Aktuators bewegt werden.
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Bevorzugt ist es möglich, dass der Aktuator ein reibschlüssiges Schaltelement ist.
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Hierbei ist es möglich, dass das reibschlüssige Schaltelement als Lamellenkupplung oder als Lamellenbremse ausgebildet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das reibschlüssige Schaltelement zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine an einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
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Alternativ hierzu ist es bevorzugt möglich, dass der Aktuator ein reibschlüssiges Schaltelement innerhalb der Antriebsvorrichtung ist.
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Die Antriebsvorrichtung kann hierbei als Automatikgetriebe, insbesondere als Stufenautomatikgetriebe in Planetenbauweise oder als Doppelkupplungsgetriebe oder als stufenloses Automatikgetriebe oder als Achsantrieb oder als Radantrieb ausgebildet sein.
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Die Betriebsgröße außerhalb des hydraulischen Aktuators kann innerhalb der Antriebsvorrichtung oder außerhalb der Antriebsvorrichtung und an irgendeiner Stelle des Fahrzeugs erfasst werden.
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Es ist zudem möglich, dass der Aktuator ein hydraulischer Speicher ist.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Aktuator ein hydraulischer Zylinder mit einem Kolben ist.
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Insbesondere kann der Aktuator eine Vorrichtung zur Betätigung von Schaltstangen sein.
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Es ist bevorzugt möglich, dass das Fahrzeug mindestens eine Antriebsmaschine umfasst und die Betriebsgröße eine Betriebsgröße mindestens einer Antriebsmaschine ist.
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Die Antriebsmaschine kann hierbei eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor oder ein Hybridantrieb, in welchem eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine kombiniert angeordnet sind, sein.
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Bevorzugt ist es möglich, dass die Betriebsgröße ein Drehmoment mindestens einer Antriebsmaschine ist, welches erfasst wird und aus dessen zeitlichem Verlauf auf die Druckverhältnisse im reibschlüssigen Schaltelement zurückgeschlossen wird.
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Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es möglich, dass die Betriebsgröße eine Drehzahl mindestens einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs ist, welche erfasst wird und aus dessen zeitlichem Verlauf auf die Druckverhältnisse im reibschlüssigen Schaltelement zurückgeschlossen wird.
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Bei einer Ausbildung der Antriebsmaschine als Elektromotor ist es möglich, dass die Betriebsgröße dessen Stromaufnahmeverlauf über der Zeit ist, aus welcher auf die Druckverhältnisse und damit den Befüllungszustand im reibschlüssigen Schaltelement zurückgeschlossen wird.
Es ist zudem möglich, dass die Betriebsgröße außerhalb des Aktuators eine Beschleunigung des Fahrzeugs ist.
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Es ist bevorzugt möglich, dass abhängig von dem Verlauf des Signals der Betriebsgröße über der Zeit der Schnellfülldruck über der Zeit verändert wird.
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Alternativ hierzu ist es möglich, dass abhängig von dem Gradienten des Verlaufes des Signals der Betriebsgröße über der Zeit der Schnellfülldruck über der Zeit verändert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, dass abhängig von sowohl dem zeitlichen Verlauf des Signals der Betriebsgröße als auch dessen Gradienten über der Zeit der Schnellfülldruck zeitlich verändert wird.
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Bevorzugt wird das beschriebene Verfahren nur dann ausgeführt, wenn sich die Antriebsvorrichtung in einem Betriebszustand befindet, in welchem mit Luftansammlungen im Aktuator oder im Betätigungssystem zu rechnen ist.
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Bevorzugt wird das Verfahren ausgeführt, wenn das Fahrzeug oder die Antriebsvorrichtung vor einer bestimmten Mindestzeit abgestellt wurde und/oder wenn eine Öltemperatur der Antriebsvorrichtung unter einem bestimmten Wert liegt.
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Es ist möglich, dass eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mindestens einen hydraulischen Aktuator umfasst, welcher mittels des vorbeschriebenen Verfahrens betrieben wird.
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In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass der hydraulische Aktuator oder dessen Betätigungssystem keinen Sensor zur Erfassung irgendeiner Aktuatorbetriebsgröße aufweist.
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Es ist möglich, dass ein Fahrzeug einen hydraulischen Aktuator und mindestens eine Antriebsmaschine umfasst, wobei der hydraulische Aktuator mittels des beschriebenen Verfahrens betrieben wird.
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Der hydraulische Aktuator kann in der Antriebsvorrichtung oder außerhalb der Antriebsvorrichtung an irgendeiner Stelle des Fahrzeugs angeordnet sein.
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Ausführungsbeispiele eines Verfahrens nach dem Stand der Technik sowie von erfindungsgemäßen Verfahren werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen
- 1 - 4 Druckverläufe über der Zeit von Ausführungsbeispielen nach dem Stand der Technik,
- 5 Druckverläufe über der Zeit eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens,
- 6 schematische Darstellung eines Hybridantriebsstranges
- 7a - c Zeitdiagramme unterschiedlicher Betriebsgrößen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach 5, und
- 8 Druckverläufe über der Zeit eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt ein Diagramm, in welchem die Verläufe eines Druckes p bei einem Verfahren zum Betreiben eines Automatikgetriebes nach dem Stand der Technik über einer Zeit t dargestellt sind. Der Druck p ist hierbei der Druck in einem reibschlüssigen Schaltelement, welcher bei Betätigung des Schaltelements mittels einer hydraulischen Steuereinrichtung angehoben werden soll, bis die Schaltelementhälften mit einer ausreichenden Kraft gegeneinander gedrückt werden, so dass diese drehfest miteinander gekoppelt sind und das Schaltelement schlupffrei ab spätestens einem Zeitpunkt tC ein Drehmoment übertragen kann. Dargestellt sind die Verläufe eines Soll-Druckes pS1 und eines aus diesem erzeugten Ist-Druckes pI1, welcher sich tatsächlich im Schaltelement einstellt. Ein Ist-Druck wird auch als Druckfolge bezeichnet.
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Der Soll-Druck pS1 ist ein idealisierter Verlauf, der beispielsweise einem elektrischen Strom entspricht, der von einem elektronischen Steuergerät an eine Ventileinrichtung wie beispielsweise einem elektronischen Drucksteller ausgegeben wird. Mittels dieses elektrischen Stromes ist damit der Druck in dem Schaltelement und auch dessen zeitlicher Verlauf einstellbar. Ein elektronischer Drucksteller ist ein Aktuator, welcher einen elektrischen Strom in einen hydraulischen Druck umwandelt. Der Teil des Hydrauliksystems, welcher die Ventileinrichtung bis zu dem Schaltelement umfasst wird auch als Betätigungssystem oder Betätigungspfad bezeichnet. Die Antriebsvorrichtung oder das Fahrzeug kann solche elektronischen Drucksteller umfassen.
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Vor dem Hintergrund, dass der Soll-Druckverlauf pS1 eigentlich ein elektrischer Strom ist, welcher einen elektronischen Drucksteller ansteuert und - nach einem idealerweise proportionalen Zusammenhang - einen hydraulischen Druck einstellt, ist der dargestellte Soll-Druckverlauf pS1 zu verstehen. Der steile, druckspitzenartige Anstieg des Soll-Druckverlaufs pS1 zu einem Zeitpunkt t0 auf einen Druckwert p11, ist nicht so zu verstehen, dass der Ist-Druckverlauf pl1 auf diesen Wert ansteigen sollte, sondern der Druckwert p11 entspricht einem überhöhten Stromwert, womit der elektronische Drucksteller aus dem Ruhezustand in den Betriebszustand versetzt wird.
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Soll ein reibschlüssiges Schaltelement vom geöffneten Zustand, in welcher lediglich ein Schleppmoment zwischen den Schaltelementhälften übertragbar ist, in einen geschlossenen Zustand überführt werden, wird der Soll-Druck pS1 nach dem beschriebenen Aktivieren des elektronischen Druckstellers zum Zeitpunkt t0 ab einem Zeitpunkt t1 auf einen Druckwert p12 angesteuert, so dass das noch drucklose Volumen des reibschlüssigen Schaltelements möglichst schnell mit dem Betriebsmedium, üblicherweise Hydraulik- oder Getriebeöl, befüllt wird. Dies ist der Beginn einer so genannten Schnellfüllphase. Anschließend an den Zeitpunkt t1 wird der Druck im Schaltelement in einem flachen Anstieg bis zu einem Zeitpunkt t11 auf einen Druckwert p13 angehoben, so dass die Schaltelementhälften entgegen elastischer Kräfte gegeneinander vorgespannt sind, wobei jedoch die Anpresskraft auf die Schaltelementhälften noch zu gering ist, um eine Drehmomentübertragung zu ermöglichen, die für einen Fahrbetrieb genutzt werden könnte. Nach dem Erreichen einer vollständigen Befüllung und Vorspannung wird die Schnellbefüllung beendet, indem der Druck recht steil auf einen Druckwert p14 reduziert werden soll, der zu einem Zeitpunkt t12 erreicht ist. Ab diesem Punkt beginnt nun ein rampenförmiger Druckaufbau, welcher mit dem Erreichen eines Druckwertes pC zu einem Zeitpunkt tC abgeschlossen ist, da nun das Schaltelement vollständig geschlossen ist und schlupffrei das Drehmoment von der Antriebsseite zur Abtriebsseite übertragen kann. Die Zeitspanne von t0 bis t12 bezeichnet man auch als Schnellbefüllzeit oder Schnellfüllphase.
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Der Soll-Druck pS1 ist für eine ideale Befüllung des Betätigungssystems gestaltet. Die im Diagramm in 1 gezeigte Abweichung zwischen Soll-Druckverlauf pS1 und Ist-Druckverlauf pl1 stellt sich beispielsweise ein, wenn das Hydrauliksystem des Automatikgetriebes abgestellt war und infolge einer zumindest teilweisen Entleerung Luft in das Hydrauliksystem gelangt war. Dieses Problem wurde bei der Definition des Soll-Druckverlaufs pS1 nicht berücksichtigt, weil bei dieser von einem entlüfteten Betätigungssystem ausgegangen wurde. Bei einer neuerlichen Inbetriebnahme nach dem betriebswarmen Abstellen des Automatikgetriebes wären dann nicht nur die Elastizitäten oder das Lüftspiel des Schaltelements, sondern auch die im Betätigungssystem entstandenen Luftvolumina durch eine Schnellbefüllung zu befüllen. Die Abweichung zwischen Soll- und Ist-Druckverlauf wird auch als Schleppfehler bezeichnet und ist umso ausgeprägter, je mehr Luft in das Hydrauliksystem gelangen konnte. Im Extremfall ist dies beispielsweise beim Abstellen eines sich auf maximaler Betriebstemperatur befindlichen Getriebes und anschließender Abkühlung über Nacht, womöglich aus Tieftemperaturen unter dem Gefrierpunkt, der Fall.
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1 zeigt eine deutliche Abweichung des Ist-Druckverlaufs pl1 vom Soll-Druckverlauf pS1. Der Ist-Druckverlauf pl1 steigt ab dem Zeitpunkt t1 langsam an und erreicht zum Zeitpunkt t12 den Druckwert p14, so dass in diesem Punkt Ist-Druckverlauf pl1 und Soll-Druckverlauf pS1 nahezu übereinstimmen. Im weiteren zeitlichen Verlauf reicht jedoch der nach dem Soll-Druckverlauf pS1 das Schaltelement befüllende Volumenstrom nicht aus, um die durch die Lufteinschlüsse entstandenen Volumina schnell genug zu befüllen, so dass der Ist-Druckverlauf pl1 nur langsam und flach ansteigt und sich erst nach dem Zeitpunkt tC auf das vom Druckwert pC vorgegebene Druckniveau als Zielwert steigern kann. Gemäß dem Soll-Druckverlauf pS1 sollte dies zum Zeitpunkt tC erreicht sein. Durch diesen Schleppfehler verlängert sich der Druckaufbau im Schaltelement in unzulässiger und ungewünschter Weise, was sich nachteilig auf die Spontanität und die realisierte Genauigkeit der Betätigung auswirkt.
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Das durch die Lufteinschlüsse entstandene Zusatzvolumen kann theoretisch durch eine entsprechende Verlängerung der Schnellbefüllzeit kompensiert werden. Eine solche Schnellbefüllzeitverlängerung zeigt das Diagramm in 2. Das Ende der Schnellbefüllzeit wurde mit einem geänderten Soll-Druckverlauf pS2 von dem Zeitpunkt t12 um eine Verlängerungszeit Δt1 auf einen Zeitpunkt t22 verschoben. Der Effekt zeigt sich in einer Anhebung eines Ist-Druckverlaufs p12, welcher deutlich schneller ansteigt als der ebenfalls im Diagramm in 2 dargestellte Ist-Druckverlauf pl1 und damit auch früher den Druckwert pC erreicht, welcher nach dem Soll-Druckverlauf pS2 zu einem Zeitpunkt tC2 eingestellt sein sollte. Damit erfolgte zumindest eine anteilige Berücksichtigung der Luft im Betätigungssystem.
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Das Diagramm in 3 zeigt eine weitere Schnellbefüllzeitverlängerung um eine Verlängerungszeit Δt2 gegenüber dem Ausgangswert t12 eines entlüfteten Betätigungssystems. Die Verlängerung der Schnellbefüllzeit bis zu einem Zeitpunkt t32 bewirkt eine weitere Anhebung des Ist-Druckverlaufs auf einen Ist-Druckverlauf p13, welcher nun mit einem relativ geringen Schleppfehler gegenüber einem Soll-Druckverlauf pS3 mit gleicher Steigung parallel zu diesem ab dem Zeitpunkt t32 ansteigt und nur wegen der prinzipbedingten, zulässigen hydraulischen Verzugszeit geringfügig später als zu einem angestrebten Zeitpunkt tC3 den Druckwert pC erreicht. Damit erfolgte eine genau passende Berücksichtigung der Luft im Betätigungssystem.
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Wird die Verlängerungszeit und damit die Schnellbefüllzeit zu lange gewählt und ein Schnellfülldruck p43 zu spät zurückgenommen, wie dies anhand des Beispiels in 4 gezeigt wird, ergibt sich ein Ist-Druckverlauf p14, der genau so unerwünscht ist, wie bei einer zu kurzen Wahl der Verlängerungszeit in 1 und 2. Da der Schnellfülldruck, welcher sich zwischen den Druckwerten p42 und p43, bewegt, gemäß einem Soll-Druckverlauf pS4 aufgrund einer sehr ausgedehnten Verlängerungszeit Δt3 bis zu einem Zeitpunkt t42 sehr lange anliegt, wird das Schaltelement voll befüllt, so dass ab einem Zeitpunkt t41 der Ist-Druckverlauf pI4 steil in Form eines Überschwingers auf einen Druckwert p45 ansteigt. Dieser Anstieg wird zu einem Zeitpunkt t42 eingefangen, da erst jetzt der Schnellfülldruck vom Druckwert p43 auf einen Druckwert p44 zurückgenommen und damit die Schnellfüllphase beendet wird. Der Ist-Druckverlauf pI4 erreicht damit zum Zeitpunkt t42 ein lokales Maximum und liegt weit über dem gewünschten Druckwert p44. Durch diese Drucküberhöhung steigt auch die Übertragungsfähigkeit des formschlüssigen Schaltelements, so dass ein Drehmomentstoß auftreten kann, welcher im Interesse der Bauteilbelastung und des Betätigungskomforts zu vermeiden ist. Nach dem Zeitpunkt t42 schwingt der Ist-Druckverlauf pI4 um den Soll-Druckverlauf pS4 und erreicht fast gleichzeitig mit diesem zu einem Zeitpunkt tC4 den Druckwert pC. Damit erfolgte eine zu hohe Berücksichtigung der Luft im Betätigungssystem, was im Extremfall zu stärker ungewünschten Reaktionen führt, die es auf jeden Fall zu vermeiden gilt.
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Aus den Darstellungen der Ist-Druckverläufe bei unterschiedlichen Schnellbefüllzeiten oder Verlängerungszeiten geht hervor, welche Konsequenzen es hat, wenn die passende Verlängerungszeit nicht getroffen wird. In der Praxis ist die Einstellung einer passenden Verlängerungszeit sehr problematisch, da nicht bekannt ist, wie viel Luft sich im Betätigungssystem befindet. Aufgrund der gravierenden Nachteile eines Ist-Druckverlaufes pI4 bei einer zu hohen Verlängerungszeit, wird in der Praxis eine eher zu kurze Verlängerungszeit wie in 2 gewählt werden. Dies hat zwar einen Schleppfehler zur Folge, allerdings ohne die gravierenden Nachteile eines Ist-Druckverlaufs pI4 mit der Drucküberhöhung und die nachfolgenden Schwingungen in 4 befürchten zu müssen. Insgesamt führt jedoch jegliche Wahl einer Verlängerungszeit ohne Kenntnis der Luftvolumina im Betätigungssystem zu keinem befriedigenden Ergebnis. Die Verlängerungszeiten Δt1, Δt2 und Δt3 wurden unter bestimmten Annahmen festgelegt, die auf Versuchsergebnissen oder Berechnungen basieren, wobei es aufgrund der unterschiedlichen Einflussgrößen wie Stillstandszeit des Automatikgetriebes, Temperaturen, Bauteiltoleranzen, Abstellzustand beweglicher Teile und Volumina der Betätigungssystem eher Zufall ist, ob eine passende Verlängerungszeit wie die Verlängerungszeit Δt2 getroffen wird. Zur Sicherheit wird immer eine eher zu kurze Verlängerungszeit wie Δt1 gewählt und ein Schleppfehler akzeptiert werden.
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Wie bereits eingangs erwähnt, ist dieser Nachteil mit dem Aufwand der Anordnung eines Drucksensors im Betätigungssystem bzw. in dem Schaltelement zu beheben. Damit ist eine Beobachtung des Druckaufbaues im Schaltelement und damit eine situationsgerechte Wahl der Verlängerungszeit möglich. Der Nachteil besteht allerdings in einem hohen Kosten- und Teileaufwand an zusätzlicher Drucksensorik.
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Die Druckverläufe eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das ohne eine zusätzliche Drucksensorik auskommt, zeigt das Diagramm in 5. Hierbei wird die Wirkung des Betätigungssystems an der Reaktion anderer Betriebsgrößen im Automatikgetriebe oder des Fahrzeugs beobachtet und entsprechend die Verlängerungszeit eingestellt, indem erst bei der Feststellung eines Kriteriums der Reaktion der Schnellfülldruck reduziert wird. So steigt bei dem Verfahren nach 5 zunächst ein Soll-Druckverlauf pS5 wie bei einem voll befüllten Betätigungssystem von einem Druckwert p52 auf einen maximalen Schnellfülldruckwert p53 an, welcher zu einem Zeitpunkt t11 erreicht wird und im weiteren zeitlichen Verlauf bis zu einem Zeitpunkt t51 konstant gehalten wird. Ein Ist-Druckverlauf pl5 steigt ab dem Zeitpunkt t11 allmählich an und bleibt in der Phase des konstanten Soll-Druckverlaufs pS5, während der Kolbenraum des Schaltelements befüllt wird, auch nahezu konstant. Ein Anstieg erfolgt analog der Erhöhung der Kolbenrückstellkraft aus beispielsweise einer Rückstellfeder. Kurz vor dem Zeitpunkt t51 ist das Betätigungssystem so weit befüllt, dass der Ist-Druckverlauf pl5 ansteigt. Zu dem Zeitpunkt t51 übersteigt der Ist-Druckverlauf pl5 einen bestimmten Druckwert, bzw. ändert der Ist-Druckverlauf pl5 seinen Gradienten.
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Wäre nun ein Drucksensor im Betätigungssystem angeordnet, könnte dieser Druckanstieg zum Zeitpunkt t51 als Kriterium dienen, um ein sprungartiges Zurücknehmen des Schnellfülldruckes bzw. des Soll-Druckverlaufs pS5 auszulösen, wobei allerdings eine wesentliche Aufgabe der Erfindung ist, den Aufwand eines Drucksensors zu vermeiden. Ohne einen Drucksensor im Betätigungssystem und damit ohne eine Messung des Ist-Druckes pl5 kann dessen Anstieg nicht bemerkt werden. Da sich aber der Anstieg des Ist-Druckverlaufs pl5 auf andere Betriebsgrößen außerhalb des Hydraulischen Aktuators in der Antriebsvorrichtung oder des Fahrzeugs auswirkt, die zur Erfüllung der Funktionen der Antriebsvorrichtung ohnehin in einem elektronischen Steuergerät erfasst werden, nutzt man diese erfindungsgemäß, um auf den Ist-Druckverlauf pl5 zu schließen, was in 7a-c gezeigt wird.
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Anhand des Kriteriums, welches ein Ende der Schnellfüllphase markieren soll, wird zum Zeitpunkt t51 der Sollwert des Schnellfülldrucks von dem Druckwert p53 sprungartig auf einen Druckwert p54 reduziert, der zu einem Zeitpunkt t52 erreicht wird. Hieraus ergibt sich nun ein Verlängerungszeit Δt4 gegenüber dem Zeitpunkt t11. Infolge des Druckabfalls nimmt der Ist-Druckverlauf pl5 nicht weiter zu, sondern verweilt für eine gewisse Zeit auf dem Druckwert p55 und folgt mit etwas Zeitverzug dem Soll-Druckverlauf pS5 in der rampenartig ansteigenden Druckaufbauphase. Ebenso wird der als Druckwert pC als Zielwert von dem Ist-Druckverlauf pl5 mit einem Schleppfehler geringfügig zeitverzögert gegenüber einem gewünschten Zeitpunkt tC5 und mit gleicher Steigung wie der Soll-Druckverlauf pS5 erreicht.
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Unabhängig von den im Betätigungssystem vorhandenen Luftvolumina wird nun durch die Ansteuerung des Schnellfülldruckes aufgrund des Kriteriums immer die richtige Verlängerungszeit eingestellt und das Luftvolumen passend berücksichtigt.
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Erfolgt die erwartete Reaktion bis zum Ende der regulären Schnellbefüllzeit nicht, dann wird die Befüllungsansteuerung weiter aufrechterhalten, bis sich eine erwartete Reaktion beobachten lässt. Ab dem Zeitpunkt, an dem die erwartete Reaktion beobachtet werden konnte, wird die Befüllungsansteuerung geeignet abgeschlossen. Hierbei bedeutet geeignet, dass der Ablauf entweder sprungförmig beendet wird, oder ein Abschluss- oder Überführungsverlauf gefahren wird, oder eine weitere Zeit als Nachlauf angesteuert wird.
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Diesem Beispiel ist ein Automatikgetriebe zugrunde gelegt, dass als Doppelkupplungsgetriebe in Hybridbauweise ausgebildet ist. Dessen schematischer Aufbau ist in 6 dargestellt. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist mittels einer Kupplung K0 mit einem Elektromotor EM koppelbar. Mit dem Elektromotor EM ist als Antriebsvorrichtung eine Doppelkupplung DK drehfest verbunden, wobei die Doppelkupplung DK zwei Kupplungen K1 und K2 umfasst, die im Fahrbetrieb wahlweise schließbar sind. Das schematische Doppelkupplungsgetriebe ist nur ein Beispiel für die Anwendung des Verfahrens, das genauso bei jeder anderen Getriebebauart anwendbar ist, das über mit einem Betriebsmedium zu deren Betätigung zu befüllende hydraulische Aktuatoren aufweist.
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Die Antriebsmaschine kann eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor oder ein Hybridantrieb, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine sein.
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Wird nun bei dem Doppelkupplungsgetriebe in 6 bei einer stehenden Verbrennungskraftmaschine VKM und geöffneten oder schlupfenden Kupplungen K0, K1 und K2 der Elektromotor EM angetrieben, und die Kupplung K0 zu deren Betätigung in der Schnellfüllphase befüllt und druckbeaufschlagt, baut sich ein geringes Drehmoment auf, welches sich, um die aktuelle Drehzahl zu halten, in der Stromaufnahme des Elektromotors bemerkbar macht. Die Stromaufnahme des Elektromotors EM ist ein Maß für dessen Ist-Moment.
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Man kann damit also im vorliegenden System nutzen, dass die EM zur Aufrechterhaltung der Drehzahl, z.B. im Stillstand des Fahrzeugs bei aktivem Leerlaufdrehzahlregler, dem über die K0 angekoppelten VKM-Schleppmoment (VKM läuft nicht) entgegenwirken muss. In Situationen, in denen die Kupplung K0 aus der Fahrstrategie heraus betätigt werden soll (z.B.: Starten der VKM im Stand), kann eine Beobachtung der Reaktion anhand geeigneter Signale (z.B. Momente oder Drehzahlen im Antriebsstrangverbund) durchgeführt werden. Hier kann sowohl der Signal-Wert als auch die Änderung des Signalwertes (Gradient) beobachtet und bewertet werden.
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Die Stromaufnahme wird in der elektronischen Steuerung als Signal s für das Moment erfasst, welches über der Zeit im Diagramm in 7c als Signalverlauf s(t) über der Zeit t dargestellt ist. Das Diagramm in 7b zeigt einen zugehörigen Gradientenverlauf g(t), d.h. die Ableitung des Signalverlaufs s(t) über der Zeit t. 7a zeigt in einem Diagramm als Betriebsgröße den Ist-Druckverlauf pl5 aus 5.
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Weitere Betriebsgrößen, deren Signal bzw. dessen Ableitung als Kriterium herangezogen werden können, sind prinzipiell alle Signale, die einen Rückschluss auf das an dem Schaltelement anliegende Ist-Drehmoment zulassen. Diese sind beispielsweise eine Drehmomentbilanz am Elektromotor EM, der Drehzahlverlauf des Elektromotors EM, der Drehzahlverlauf der Verbrennungskraftmaschine VKM, das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine VKM sowie Signale von einem Drehmomentsensor, einem Systemdrucksensor, einem Volumenstromsensor, einem Beschleunigungssensor oder einem Positionssensor.
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Zum Zeitpunkt t51 zeigen sich sowohl im Signalverlauf s(t) als auch im Gradientenverlauf g(t) eine Reaktion auf den Anstieg des Ist-Druckverlaufs pl5 in 7a, was einen Drehmomentanstieg im Elektromotor EM bedeutet. Sowohl die Höhe des Gradientenwertes g als auch des Signalwertes s als auch beide Größen können hier als Kriterium dienen, bei dessen Erreichen der Schnellfülldruck zurückgenommen wird, indem der Soll-Druckverlauf pS5 zum Zeitpunkt t51 vom Druckwert p53 auf den Druckwert p54 reduziert wird, der zum Zeitpunkt t52 erreicht werden soll. So gibt der Gradientenverlauf g(t) Aufschluss über die Dynamik beispielsweise einer Drehmomentänderung an einer antreibenden Maschine. Der Signalwert s(t) selbst ist auch sinnvoll, wenn dieser selbst schon ein Maß für die Betätigung ist.
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8 zeigt eine optimierte Ausführung des Verfahrens mit einer Beobachtung einer Reaktion außerhalb des Betätigungssystems. Hierbei wird in einem Soll-Druckverlauf pS6 nach der ersten Druckspitze als Schnellfülldruck ein Druckwert p62 ausgegeben, der bis zu einem Zeitpunkt t61, welcher dem Zeitpunkt t12 des Soll-Druckverlaufs pS1 entspricht, konstant gehalten. Dies geschieht, um zu Beginn der Befüllung nicht zu schnell das finale Schnellfülldruckniveau anzusteuern, während das Betätigungssystem noch gar nicht reagiert. Hierdurch wird erreicht, dass der Volumenstrom, der sich maßgeblich durch die angesteuerte Druckdifferenz zwischen einem Druckwert p62 oder p63 und dem Umgebungsdruck p0 ergibt, ohne den erwarteten Gegendruck anfänglich zum Befüllen eines mit Luft beaufschlagten Systems nicht höher als gewünscht ist, was sonst zu einem zu steilen Druckaufbau mit zu hohen Druckwerten führen könnte
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Ab dem Zeitpunkt t62 schließt sich gegenüber dem Soll-Druckverlauf pS1 eine Verlängerungszeit Δt5 an, innerhalb welcher der Schnellfülldruck von dem Druckwert p62 auf einen Druckwert p63 reduziert wird, der zu einem Zeitpunkt t62 erreicht wird, um am Ende der Schnellfüllphase das Schaltelement langsamer zu befüllen, so dass die Reaktion bis zum Abschluss der Ansteuerung weniger stark ausfällt. Dabei ist es aber sinnvoll ein Mindestniveau aufrecht zu erhalten. Ab dem Zeitpunkt t62 wird der Schnellfülldruck konstant auf dem Druckwert p63 gehalten, bis die Reaktion der Betriebsgröße, die als Kriterium dient, zu einem Zeitpunkt t63 erfolgt, woraufhin der Schnellfülldruck im Soll-Druckverlauf pS6 sprungartig auf einen Druckwert p64 zurückgenommen wird, der zu einem Zeitpunkt t64 erreicht werden soll. Der Ist-Druckverlauf p16, welcher zum Ende der Schnellfüllphase hin, d.h. vor dem Zeitpunkt t64 anstieg, da das zu befüllende Volumen voll war, verharrt nun aufgrund der Zurücknahme des Soll-Druckverlaufs pS6 konstant auf einem Druckwert p65, welcher nur gering von dem gewünschten Druckwert p64 abweicht und folgt dem Soll-Druckverlauf pS6 mit einem Schleppfehler parallel mit gleicher Steigung bis zu dem Druckwert pC zu einem Zeitpunkt tC8 als Zielwert.
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Um bei stark betätigungssensitiven Systemen nicht prinzipiell immer bis zu einer Reaktion warten zu müssen, die dann zu störenden Reaktionen führt, kann dort die Beobachtung nur aktiviert werden, wenn Luft im System wahrscheinlich ist und die Abschaltung dann rechtzeitig erfolgen kann. Dies ist beispielsweise nach langen Stillstandszeiten, bei starker Abkühlung der Antriebsvorrichtung während des Stillstands oder bei Betriebszuständen mit starker Ölverschäumung der Fall.
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Bezugszeichenliste
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- DK
- Doppelkupplung
- EM
- Elektromotor
- g
- Gradient
- g(t)
- Zeitverlauf des Gradienten
- K0
- Kupplung
- K1
- erste Kupplung der Doppelkupplung
- K2
- zweite Kupplung der Doppelkupplung
- p
- Druck
- p0
- Druckwert
- p11
- Druckwert
- p12
- Druckwert
- p13
- Druckwert
- p14
- Druckwert
- p22
- Druckwert
- p23
- Druckwert
- p24
- Druckwert
- p32
- Druckwert
- p33
- Druckwert
- p34
- Druckwert
- p42
- Druckwert
- p43
- Druckwert
- p44
- Druckwert
- p45
- Druckwert
- p52
- Druckwert
- p53
- Druckwert
- p54
- Druckwert
- p55
- Druckwert
- p62
- Druckwert
- p63
- Druckwert
- p64
- Druckwert
- p65
- Druckwert
- pC
- Druckwert
- pl1
- Ist-Druckverlauf
- p12
- Ist-Druckverlauf
- p13
- Ist-Druckverlauf
- pI4
- Ist-Druckverlauf
- pI5
- Ist-Druckverlauf
- pI6
- Ist-Druckverlauf
- pS1
- Soll-Druckverlauf
- pS2
- Soll-Druckverlauf
- pS3
- Soll-Druckverlauf
- pS4
- Soll-Druckverlauf
- pS5
- Soll-Druckverlauf
- pS6
- Soll-Druckverlauf
- s
- Signal
- s(t)
- Zeitverlauf des Signals
- t
- Zeit
- t0
- Zeitpunkt
- t1
- Zeitpunkt
- t11
- Zeitpunkt
- t12
- Zeitpunkt
- t22
- Zeitpunkt
- t32
- Zeitpunkt
- t41
- Zeitpunkt
- t42
- Zeitpunkt
- t51
- Zeitpunkt
- t52
- Zeitpunkt
- t61
- Zeitpunkt
- t62
- Zeitpunkt
- t63
- Zeitpunkt
- t64
- Zeitpunkt
- tC
- Zeitpunkt
- tC2
- Zeitpunkt
- tC3
- Zeitpunkt
- tC4
- Zeitpunkt
- tC5
- Zeitpunkt
- tC8
- Zeitpunkt
- Δt1
- Zeitdifferenz
- Δt2
- Zeitdifferenz
- Δt3
- Zeitdifferenz
- Δt4
- Zeitdifferenz
- Δt5
- Zeitdifferenz
- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19955987 A1 [0003]
- DE 102009055063 A1 [0007]
- DE 102013224744 A1 [0009]
