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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs, wobei ein elektrisches Rekuperationssignal der elektrischen Maschine beeinflusst wird. Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine und ein Fahrzeug.
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Elektrofahrzeuge zeichnen sich, im Vergleich zu herkömmlichen verbrennungsbasierten Kraftfahrzeugen, durch ein ruhiges Fahrverhalten aus. Beispielsweise verfügen Elektroautos typischerweise nur über einen Gang, was eine Beschleunigung ohne Schalt-Unterbrechung ermöglicht. Zudem kann ein Elektromotor von Anfang an sein volles Drehmoment abgeben, ohne dabei zunächst hohe Drehzahlen erreichen zu müssen. Bei Verbrennungsmotoren hingegen werden hohe Drehzahlen benötigt, um viel Leistung und Drehmoment abgeben zu können. Dies wiederum hat eine typische Geräuschentwicklung und haptisch wahrnehmbare Vibrationen und Kinetik zur Folge, wodurch ein atmosphärischer Hintergrund eines Fahrerlebens für Nutzer des Fahrzeugs erzielbar ist.
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Im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen ist eine solche Emotionalisierung des Fahrverhaltens in Elektrofahrzeugen nicht vorgesehen. Besonders im Schubbetrieb sind in konventionellen Fahrzeugen verschiedene typische Fahrverhaltensmuster, wie beispielsweise Schubblubbern oder ein unruhiges Verbrenner-Laufverhalten, deutlich wahrnehmbar, wodurch eine größere Emotionalisierung erzielbar ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs zu verbessern. Insbesondere soll ermöglicht werden, ein Fahrverhalten des mittels der elektrischen Maschine betriebenen Fahrzeugs zu gestalten und/oder anzupassen, um eine Emotionalisierung für einen Fahrzeugnutzer zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs mit den Merkmalen von Anspruch 1, einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen von Anspruch 11 und einem Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs angegeben, bei welchem ein elektrisches Rekuperationssignal der elektrischen Maschine in einer Schubphase des Fahrzeugs mittels eines künstlich erzeugten elektrischen Signals beeinflusst wird.
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Hierdurch kann ein Rekuperationsverhalten, eine Rekuperationsleistung und/oder Rekuperationsphasen der elektrischen Maschine verändert und/oder modifiziert werden, um beispielsweise auf eine mittels der elektrischen Maschine an einen Antrieb des Fahrzeugs übertragene Antriebsleistung einzuwirken und somit ein Fahrverhalten des Fahrzeugs zu steuern bzw. zu modulieren. Hierdurch kann beispielsweise eine haptische Wahrnehmung eines Fahrers oder Insassen stimuliert werden, um ein Fahrerlebnis zu emotionalisieren.
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Für die vorliegende Offenbarung wird unter einer Schubphase ein Fahrzustand des Fahrzeugs bezeichnet, in dem bei nicht getrenntem Kraftschluss ein Antrieb bzw. die Maschine durch das Fahrzeug geschleppt, also in Dreh- bzw. Fahrbewegung gehalten wird. Diese Schubphase wird bei Elektrofahrzeugen und insbesondere bei Hybridfahrzeugen genutzt, um die im Schubbetrieb freigesetzte Energie zur Aufladung einer Hochvoltbatterie zu verwenden. Typischerweise wird eine Rekuperation von Energie im Schubbetrieb mit einer nur geringen Rekuperationsleistung ausgeführt. Diese Rekuperationsleistung kann mittels des künstlich erzeugten elektrischen Signals artifiziell erhöht und/oder verringert werden, wodurch beispielsweise eine, insbesondere verstärkte, Verzögerung des Fahrzeugs verursacht werden kann, um von einem Insassen wahrgenommen zu werden.
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Fahrzeuge mit einer elektrischen Maschine bzw. einem elektrischen Antrieb, wie z.B. reine Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, umfassen in der Regel ein Rekuperationssystem, mit dem bei einer Verzögerung bzw. in der Schubphase des Fahrzeugs ein Teil der kinetischen Energie wieder zurückgewonnen werden kann (Rekuperation). Während der Rekuperation wird der elektrische Antrieb bzw. die elektrische Maschine im Generatorbetrieb betrieben und kann somit die bei der Verzögerung des Fahrzeugs frei werdende kinetische Energie in elektrische Energie wandeln. Die gewonnene elektrische Energie wird in einem elektrischen Energiespeicher, wie z.B. der Batterie des Fahrzeugs, gespeichert und kann insbesondere in anderen Fahrsituationen wieder zum Antrieb des Fahrzeugs oder zur Versorgung elektrischer Verbraucher genutzt werden. Die Rekuperation verbessert insbesondere den Wirkungsgrad des Fahrzeugs, da nur noch ein relativ kleiner, verbleibender Anteil der Verzögerung durch eine Betriebsbremse in Verlustwärme umgesetzt wird.
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In einem solchen Rekuperationsbetrieb wird ein elektrisches Rekuperationssignal erzeugt, um dieses beispielsweise an einen Antrieb des Fahrzeugs, auszugeben. Ein Rekuperationssignal kann beispielsweise ein Energiesignal oder ein Leistungssignal sein und/oder in Abhängigkeit einer rückgewinnbaren oder erzeugbaren kinetischen bzw. elektrischen Leistung generiert werden. Dieses Rekuperationssignal kann beispielsweise an der elektrischen Maschine, dem Antrieb und/oder einer Steuerungseinheit der elektrischen Maschine und/oder des Antriebs bereitgestellt werden und/oder an diese übertragen werden.
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Unter einem künstlich erzeugten elektrischen Signal ist vorliegend insbesondere ein Signal, das einem unbelasteten Ausgangssignal einer Rekuperation der elektrischen Maschine überlagert wird, insbesondere über eine unregelmäßige Drehmomentaufnahme bzw -abgabe der elektrischen Maschine eine Emotionalisierung des Fahrbetriebs, insbesondere im Schubbetrieb, zu erreichen.
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Das künstlich erzeugte elektrische Signal kann einen Ursprung außerhalb und/oder innerhalb der elektrischen Maschine haben und kann ein Energiesignal oder ein Leistungssignal sein. Zum Beeinflussen des Rekuperationssignals kann das künstlich erzeugte elektrische Signal mit dem Rekuperationssignal verknüpft bzw. vermischt werden, um das Energieflusssignal der Rekuperation zu verändern.
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Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, ein unbelastetes Ausgangssignal einer Rekuperation der elektrischen Maschine mittels eines weiteren, artifiziell (d.h. insbesondere nicht oder nicht ausschließlich abhängig von einer Rekuperationsanforderung aus dem Fahrzeugbetrieb) bereitgestellten Signals - sprich mittels eines künstlich erzeugten elektrischen Signals - derart abzuändern, dass ein modifiziertes Rekuperationssignal erzeugt wird, um insbesondere die physischen Auswirkungen dieses modifizierten Rekuperationssignals auf die elektrische Maschine, den Antrieb, das Fahrzeug und/oder dessen Fahrverhalten nutzen zu können.
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Insbesondere kann die Rekuperation von Energie in Abhängigkeit von einem bestimmten fahrerseitigen oder systemseitigen Verzögerungswunsch mittels des künstlich erzeugten elektrischen Signals derart beeinflusst werden, dass eine derart (höhere) Rekuperationsleistung aufgeprägt wird, dass die Rekuperationsleistung beispielsweise zu einer temporären und/oder periodischen Fahrzeugverzögerung führt, die insbesondere größer ist, als die bei Schubbetrieb (mit oder ohne Rekuperation) erreichte Fahrzeugverzögerung. Die erreichte Verzögerung kann sogar wesentlich höher sein, als im normalen Schubbetrieb bzw. im Schubbetrieb bei normaler Rekuperation, da der Fahrer ein entsprechendes Fahrverhalten bzw. Abbremsen des Fahrzeugs vermutet oder sogar wünscht. Zum Erkennen eines fahrerseitigen und/oder systemseitigen Verzögerungswunsches können beispielsweise Fahrzeug- bzw. Fahrtdaten und/oder Sensorsignale ausgewertet werden.
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Bei einer Ausführungsform kann das künstlich erzeugte elektrische Signal Lastschwankungen der elektrischen Maschine bewirken. Lastschwankungen beschreiben hierbei einen zeitlichen Wechsel in der Stärke von Einflüssen auf die elektrische Maschine bzw. einen Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine in der Schubphase. Damit können Lastschwankungen, die sich bei einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor in Schubphasen ereignen, wie beispielsweise ein Schubblubbern, mittels des modifizierten Rekuperationssignals nachgebildet bzw. simuliert werden. In anderen Worten kann in zu emotionalisierenden Schubphasen die Rekuperation mittels des vorgeschlagenen Verfahrens gezielt moduliert werden, um ein sportliches Fahrgefühl, ähnlich eines konventionellen Fahrzeuges, zu imitieren und für einen Fahrer und/oder Insassen des Fahrzeugs wahrnehmbar zu machen. Insbesondere kann dabei eine Höhe der Rekuperationsleistung und/oder die Stärke einer Verzögerung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von einer Dauer und/oder Intensität und/oder der Art wenigstens eines bestimmten oder zu bestimmendem Fahrzeug- und/oder Fahrtparameters, wie beispielsweise einer Dynamik einer Rücknahme der Betätigung eines Fahrpedals, vorgegeben werden.
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Bei einer Ausführungsform kann das künstlich erzeugte elektrische Signal periodisch sein oder periodische Anteile aufweisen. Beispielsweise kann das künstliche Signal periodisch aufsteigend oder periodisch absteigend ausgebildet sein, um jeweilige haptisch wahrnehmbare Effekte in dem Antrieb bzw. in dem Fahrverhalten des Fahrzeugs zu erzeugen. Hierdurch können verschiedene, insbesondere Fahrzeugnutzern von verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen bekannte, Erscheinungen nachgebildet werden, um das Fahrverhalten des elektrisch betriebenen Fahrzeugs zu emotionalisieren.
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Bei einer Ausführungsform kann das künstlich erzeugte elektrische Signal eine Frequenz des Rekuperationssignals beeinflussen. Durch eine Veränderung der Frequenz kann insbesondere eine zeitliche Abfolge von mechanischen Auswirkungen von aufgeprägten Rekuperationsphasen verändert werden, beispielsweise in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere diesbezüglich für einen Fahrer harmonisch wahrnehmbare, Antriebsreaktionen ermöglichen zu können.
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Bei einer Ausführungsform kann das künstlich erzeugte elektrische Signal eine Amplitude des Rekuperationssignals beeinflussen. Durch eine Veränderung der Amplitude des Energie- bzw. Leistungsflusses, kann eine wahrnehmbare Stärke bzw. Intensität von rekuperationsbedingten Effekten, beispielsweise Lastschwankungen, verändert werden, um eine Emotionalisierung des Fahrverhaltens für den Fahrer zu ermöglichen.
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Bei einer Ausführungsform kann das künstlich erzeugte elektrische Signal mittels einer Energiequelle oder einer Energiesenke bereitgestellt werden. Eine Energiequelle kann dabei Energie, insbesondere durch Umwandlung aus einer anderen Energieform, zur Verfügung stellen. Eine Energiesenke kann ein elektrischer Verbraucher sein, der eingerichtet ist Rekuperationsenergie in andere Energieformen oder andere Formen elektrischer Energie umzuwandeln und daraus unmittelbar oder mittelbar einen Nutzen zu erzielen.
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Bei einer Ausführungsform kann das künstlich erzeugte elektrische Signal mittels eines Steuerungssignals bereitgestellt werden oder ein Steuerungssignal sein. Hierbei kann mittels des Steuerungssignals insbesondere mittels einer Steuereinheit der elektrischen Maschine oder einer Fahrzeugsteuerung bereitgestellt werden. Mittels des Steuerungssignals kann die elektrische Maschine beispielsweise veranlasst werden, mehr Energie mittels Rekuperation zu erzeugen, wodurch ein Abbremsen des Antriebs erfolgen kann, um so ein Fahrverhalten zu beeinflussen. Somit können beispielsweise verschiedene Parameter des Fahrzeugs bei einem Bestimmen einer gezielten Ansteuerung der elektrischen Maschine und einem damit einhergehenden Rekuperationsverhalten herangezogen werden, um die gewünschten Effekte im Fahrverhalten des Fahrzeugs zu bewirken.
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Bei einer Ausführungsform kann das Rekuperationssignal in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine Stärke oder eine zeitliche Abfolge von haptisch wahrnehmbaren Lastschwankungen in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt und angewandt werden, um eine möglichst reale Nachbildung eines gewünschten Fahrverhaltens erzielen zu können.
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Bei einer Ausführungsform kann das Rekuperationssignal in Abhängigkeit eines Betätigungsgradienten eines Fahrpedals des Fahrzeugs beeinflusst werden. Ein Fahrpedal kann dabei insbesondere eine fußbetätigte elektronische Steuereinheit bzw. ein Instrument zum Steuern eines Beschleunigungs- und/oder Bremsvorgangs sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein erzeugter Bremsdruck, zurückgelegter Bremspedalweg und/oder Fahrpedalwinkel, Lösegradient des Fahrpedals und/oder Betätigungsgradient des Bremspedals und/oder die vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverzögerung zur Bestimmung eines geeigneten künstlich erzeugten elektrischen Signals zum Beeinflussen des ursprünglichen Rekuperationssignals herangezogen werden. Insbesondere kann eine Dynamik einer Rücknahme einer Betätigung des Fahrpedals bei einem Bestimmen und/oder Erzeugen des künstlich erzeugten elektrischen Signals berücksichtigt werden. Somit ist nicht nur die Stellung des Fahrpedals relevant sondern auch zusätzlich die Dynamik der Rücknahme.
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Bei einer Ausführungsform kann das Rekuperationssignal in Abhängigkeit eines Basisrekuperationsniveaus der elektrischen Maschine beeinflusst werden. Dabei kann das Rekuperationsniveau einstellbar sein, um eine an die Verkehrssituation angepasste Steuerung der Energierückgewinnung zu ermöglichen. Um einen haptisch wahrnehmbaren Effekt erzielen zu können, kann es daher notwendig sein, das künstlich erzeugte elektrische Signal an das aktuell zugrundeliegende bzw. angewandte Rekuperationsniveau anzupassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, ein elektrisches Rekuperationssignal der elektrischen Maschine in einer Schubphase des Fahrzeugs mittels eines künstlich erzeugten elektrischen Steuersignal zu beeinflussen. Vorteile der vorgeschlagenen elektrischen Maschine entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des vorgeschlagenen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine eingerichtet ist, ein hierin beschriebenes Verfahren durchzuführen und/oder auf die hierin beschriebene Art und Weise ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge geeignet, aber nicht auf diesen Anwendungsbereich eingeschränkt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Im Allgemeinen gilt, dass Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen beispielhaften Aspekte und/oder Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern dies im Zusammenhang mit der Offenbarung nicht eindeutig ausgeschlossen ist.
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Im folgenden Teil der Beschreibung wird auf die Figuren Bezug genommen, die zur Veranschaulichung spezifischer Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Es versteht sich, dass andere Aspekte verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen der illustrierten Ausführungsformen möglich sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die folgende Beschreibung der Figuren ist daher nicht einschränkend zu verstehen.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs.
- 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in einer schematischen Darstellung.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs in einer schematischen Darstellung.
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Das Ablaufdiagramm startet in einem ersten Schritt 101, wobei in einer Schubphase des Fahrzeugs ein insbesondere unbelastetes elektrisches Rekuperationssignal der elektrischen Maschine erzeugt wird.
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In einem zweiten Schritt 102 wird in Abhängigkeit einer bestimmten oder zu bestimmenden Fahrzeuggeschwindigkeit 201, eines bestimmten oder zu bestimmenden Betätigungsgradienten 202 eines Fahrpedals des Fahrzeugs und eines bestimmten oder zu bestimmenden Basisrekuperationsniveaus 203 der elektrischen Maschine ein künstliches elektrisches Signal bestimmt. Dies kann beispielsweise mittels einer Steuereinheit der elektrischen Maschine erfolgen.
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Das künstliche elektrische Signal wird in einem Schritt 103 erzeugt. Hierbei kann eine Energiesenke in Form eines zusätzlichen Verbrauchers derart angesteuert werden, dass dieser eine höhere Rekuperationsleistung von der elektrischen Maschine fordert. Hierbei kann das künstlich erzeugte elektrische Signal periodisch sein oder periodische Anteile aufweisen.
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In einem Schritt 104 wird das elektrische Rekuperationssignal 101 mittels des künstlich erzeugten elektrischen Signals 103 beeinflusst, um ein modifiziertes Rekuperationssignal zu erzeugen. Optional kann zusätzlich das Rekuperationssignal aus Schritt 104 als Rückkopplung in die Berechnung in Schritt 102 mit Einbezogen werden und das so bestimmte künstliche elektrische Signal nochmal modifiziert werden. Hierdurch kann ein Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters des Fahrzeugs verändert werden, um Lastschwankungen der elektrischen Maschine zu bewirken.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches eine elektrische Maschine 11, eine Hochvolt-Batterie 12 zur Speicherung von Rekuperationsenergie, einen Antrieb 14, einen Geschwindigkeitssensor 15 und einen Pedalsensor 16 aufweist. Der Pedalsensor 16 kann einen durch eine Betätigung eines Fahrpedals des Fahrzeugs 10 beeinflussten Fahrpedalgradienten bestimmen. Die elektrische Maschine ihrerseits umfasst eine Steuereinheit 13 und ist eingerichtet in einer Schubphase des Fahrzeugs 10, insbesondere in Abhängigkeit einer Rekuperationsleistung, ein elektrisches Rekuperationssignal zu erzeugen.
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In Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalgradienten und einer erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit kann die Steuereinheit 13 ein künstlich erzeugtes elektrischen Signal erzeugen, um das elektrische Rekuperationssignal der elektrischen Maschine 11 zu beeinflussen, um hierdurch beispielsweise eine an den Antrieb 14 ausgegebene Leistung zu verändern. Hierdurch kann beispielsweise ein zeitlicher Verlauf einer Rekuperationsleistung eingestellt werden, um Lastschwankungen an der elektrischen Maschine 11 zu erzeugen.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- Fahrzeug
- 11
- elektrische Maschine
- 12
- Hochvolt-Batterie
- 13
- Steuereinheit
- 14
- Antrieb
- 15
- Geschwindigkeitssensor
- 16
- Pedalsensor
- 100
- Verfahren
- 101 bis 104
- Schritte
- 201 bis 203
- Fahrzeug- bzw. Fahrtparameter
