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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft ein Steuerungssystem für
ein stufenloses Getriebe, und insbesondere ein dynamisches Steuerungssystem für
ein stufenloses Getriebe.
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Hintergrund
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Maschinen
wie beispielsweise Radlader, Planierraupen, Löffelbagger,
Muldenkipper und andere Schwergeräte werden zum Erfüllen
vieler Aufgaben verwendet. Damit sie diese Aufgaben effizient durchführen
können, benötigen die Maschinen einen Verbrennungsmotor,
der über ein Getriebe ein beträchtliches Drehmoment
für eine oder mehrere Bodenbearbeitungsvorrichtungen bereitstellt.
Häufig nutzen diese Maschinen zum Erzielen eines erhöhten
Motorwirkungsgrads stufenlose Getriebe (engl.: continuously variable
transmissions, CVT).
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Ein
CVT ist ein Typ eines Automatikgetriebes, das in seinem Übersetzungsverhältnisbereich eine
unbegrenzte Zahl von Übersetzungsverhältnissen
bereitstellt. Ein Hydraulik-CVT enthält beispielsweise
eine Pumpe und einen Fluidmotor, der von der Pumpe mit Druck beaufschlagtes
Fluid erhält. Abhängig von einer Durchflussleistung
und einem Druck der Pumpe können die Motordrehzahl und
das Ausgangsdrehmoment für die Bodenbearbeitungsvorrichtung
variiert werden. Ein elektrisches CVT enthält einen Generator
und einen Elektromotor, der von dem Generator Strom erhält.
Abhängig von dem dem Motor zugeführten Strom können
die Motordrehzahl und das Ausgangsdrehmoment variiert werden.
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Ein
Beispiel eines Systems, das zum Steuern eines herkömmlichen
CVTs verwendet wird, ist in dem am 27. Dezember 1988 für
Morisawa et al. erteilten
US-Patent
Nr. 4,793,217 (dem Patent '217) beschrieben. Das in dem
Patent '217 offenbarte Steuerungssystem ist ein drehzahlbasiertes
System, das eine Drehzahl einer Eingangswelle des CVTs zum Aufrechterhalten
einer Sollleistungsabgabe einstellt. Das CVT wird in mehreren Betriebsarten
wie Vorwärts und Rückwärts betrieben,
wobei jeder Betriebsart ein eindeutiges Kennfeld zugewiesen ist. Zusätzlich
gibt jedes Kennfeld für die zugehörige Betriebsart
eine Beziehung zwischen einer Solldrehzahl der Eingangswelle des
CVT und einer Motorleistung an. Wenn das CVT betätigt wird,
bestimmt eine Steuerung, in welcher Betriebsart das CVT in Betrieb
ist, und wählt das für diese Betriebsart vorgesehene Kennfeld
aus. Die Steuerung stellt dann zum Erhalten der gewünschten
Motorleistung die Drehzahl der Eingangswelle gemäß dem
Kennfeld ein.
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Wenngleich
das in dem Patent '217 offenbarte Steuerungssystem für
mehrere Betriebsarten eine gewünschte Motorleistung liefern
kann, kann die Anwendung des Systems begrenzt sein. Insbesondere kann,
da jede Eingabe lediglich ein Kennfeld aufruft, eine geringe Zahl
unterschiedlicher Arten von Kennfeldern zur Verfügung stehen.
Solch eine verringerte Anzahl kann die unterschiedlichen Aufgaben
und Umgebungen einschränken, die das Getriebe und letztlich
die zugehörige Maschine durchführen können
bzw. in denen dieselben betrieben werden können.
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Die
offenbarte Vorrichtung zielt darauf ab, eines oder mehrere der vorher
dargelegten Probleme zu lösen.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem
Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein stufenloses Getriebe,
das ein angetriebenes Element enthält. Das stufenlose Getriebe enthält
ferner eine Bedienereingabevorrichtung, die zum Übertragen
eines ersten Verstellsignals ausgebildet ist, das einer Verstellung
der ersten Bedienereingabevorrichtung entspricht. Das stufenlose
Getriebe enthält weiter eine zweite Bedienereingabevorrichtung,
die zum Übertragen eines zweiten Verstellsignals ausgebildet
ist, das einer Verstellung der zweiten Bedienereingabevorrichtung
entspricht. Darüber hinaus enthält das stufenlose
Getriebe eine dritte Bedienereingabevorrichtung, die zum Übertragen einer
Getriebebetriebsartanforderung ausgebildet ist. Ferner enthält
das stufenlose Getriebe mindestens einen Sensor, der zum Erfassen
mindestens eines Parameters ausgebildet ist, der einen Betriebszustand
des Getriebes angibt. Zusätzlich enthält das stufenlose
Getriebe eine Steuerung, die zum Ermitteln einer Leistungsabgabeanforderung
an das angetriebene Element basierend auf der Betriebsanforderungsart,
dem ersten Verstellsignal, dem zweiten Verstellsignal und dem mindestens
einen erfassten Parameter ausgebildet ist. Die Steuerung ist außerdem
zum Regulieren einer Leistungsabgabe des angetriebenen Elements
ansprechend auf die Betriebsartanforderung, die Leistungsabgabeanforderung
an das angetriebene Element und den mindestens einen erfassten Parameter
ausgebildet.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Betreiben
eines Getriebes bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen
einer Betriebsartanforderung, das Empfangen eines ersten und eines
zweiten Bedienereingabevorrichtungsverstellsignals und das Erfassen mindestens
eines Parameters, der einen Betriebszustand des Getriebes angibt.
Das Verfahren beinhaltet ferner das Ermitteln einer Getriebeleistungsabgabeanforderung
ansprechend auf die Betriebsartanforderung, das erste Bedienereingabevorrichtungsverstellsignal,
das zweite Bedienereingabevorrichtungsverstellsignal und den mindestens
einen Parameter. Das Verfahren beinhaltet weiter das Steuern einer Leistungsabgabe
des Getriebes ansprechend auf die Betriebsartanforderung, die ermittelte
Getriebeleistungsabgabeanforderung und den mindestens einen Parameter.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften offenbarten Maschine,
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2 ist
eine bildliche Darstellung einer beispielhaften offenbarten Bedienerstation
zur Verwendung mit der Maschine aus 1,
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3 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Steuerungssystems zur
Verwendung mit der Bedienerstation aus 2,
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4 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3,
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5 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3,
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6 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3,
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7 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3.
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8 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben
des Steuerungssystems aus 3 zeigt,
und
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9 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3.
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Detaillierte Beschreibung
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1 stellt
eine beispielhafte Maschine 10 dar, die mehrere Systeme
und Komponenten aufweist, die zum Erfüllen einer Aufgabe
zusammenwirken. Die von der Maschine 10 erfüllten
Aufgaben können mit einem bestimmten Industriezweig wie dem
Bergbau, dem Baugewerbe, der Landwirtschaft, dem Transportwesen,
der Energieerzeugung oder einem anderen bekannten Industriezweig
in Verbindung stehen. Beispielsweise kann die Maschine 10 als
eine mobile Maschine wie der in 1 dargestellte
Radlader, ein Bus, ein Überlandlastkraftwagen oder eine
andere Art einer bekannten mobilen Maschine ausgeführt
sein. Die Maschine 10 kann eine Bedienerstation 12,
eine oder mehrere Traktionsvorrichtungen 14 und einen Triebstrang 16 enthalten, der
betriebsfähig zum Antreiben mindestens einer der Traktionsvorrichtungen 14 verbunden
ist.
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Wie
in 2 dargestellt, kann die Bedienerstation 12 Vorrichtungen
enthalten, die von einem Bediener der Maschine eine Eingabe empfangen,
die eine gewünschte Fortbewegungsart der Maschine angibt.
Genauer kann die Bedienerstation 12 eine oder mehrere Bedienerschnittstellenvorrichtungen 18 enthalten,
die in der Nähe eines Bedienersitzes 20 angeordnet
sind. Die Bedienerschnittstellenvorrichtungen 18 können
durch Erzeugen von Verstellsignalen, die ein gewünschtes
Manöver der Maschine angeben, eine Bewegung der Maschine 10 einleiten. Bei
einer Ausführungsform können die Bedienerschnittstellenvorrichtungen
ein linkes Fußpedal 22, ein rechtes Fußpedal 24 und
einen Vorwärts-Leerlauf-Rückwärts-(engl.:
forward-neutral-reverse, FNR)-Schalthebel 26 enthalten.
Wenn ein Bediener das linke Fußpedal 22 und/oder
das rechte Fußpedal 24 betätigt (d. h.
das linke und/oder das rechte Fußpedal 22 und 24 aus
einer Nullstellung verstellt), kann der Bediener eine entsprechende
Fortbewegungsbewegung der Maschine erwarten und bewirken. Zusätzlich
kann der Bediener, wenn der Bediener den FNR-Schalthebel 26 in
eine Vorwärts-, Rückwärts- oder Leerlaufstellung
bringt, eine entsprechende Getriebebetriebsart wie beispielsweise
Vorwärts, Rückwärts oder Leerlauf bewirken.
Andere Bedienerschnittstellenvorrichtungen als Fußpedale,
beispielsweise Joysticks, Hebel, Schalter, Regler, Räder
und andere bekannte Vorrichtungen, können zur Steuerung
der Fortbewegung der Maschine 10 in der Bedienerstation 12 vorgesehen
sein, sofern dies erwünscht ist. Ferner kann der FNR-Schalthebel 26 weggelassen
sein, und andere Bedienereingabevorrichtungen können die
Getriebebetriebsart beeinflussen.
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Die
Traktionsvorrichtungen 14 (siehe 1) können
als Räder ausgeführt sein, die sich auf jeder Seite
der Maschine 10 befinden (lediglich eine Seite ist gezeigt).
Alternativ können die Traktionsvorrichtungen 14 Ketten,
Riemen oder andere bekannte Traktionsvorrichtungen enthalten. Es
ist vorstellbar, dass eine beliebige Kombination der Räder
an der Maschine 10 angetrieben und/oder gelenkt werden können.
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Wie
in 3 dargestellt, kann der Triebstrang 16 eine
Einheit darstellen, die zum Erzeugen und Übertragen von
Leistung auf die Traktionsvorrichtungen 14 ausgebildet
ist. Insbesondere kann der Triebstrang 16 eine Leistungsquelle 28,
die betreibbar zum Erzeugen einer Ausgangsleistung ist, eine Getriebeeinheit 30,
die zum Empfangen der Ausgangsleistung und zum Übertragen
der Ausgangsleistung auf sinnvolle Weise auf die Traktionsvorrichtungen 14 (siehe 1)
verbunden ist, und ein Steuerungsmodul 32 enthalten, das
zum Regulieren des Betriebs der Getriebeeinheit 30 ansprechend auf
eine oder mehrere Eingaben ausgebildet ist.
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Die
Leistungsquelle 28 kann einen Verbrennungsmotor mit mehreren
Untersystemen enthalten, die zum Erzeugen einer mechanischen oder
elektrischen Ausgangsleistung zusammenwirken. Im Rahmen dieser Offenbarung
ist die Leistungsquelle 28 als ein Vierzylinder-Dieselmotor
dargestellt und beschrieben. Für Fachleute ist jedoch offensichtlich, dass
die Leistungsquelle 28 eine beliebige andere Art eines
Verbrennungsmotors wie beispielsweise ein Benzinmotor oder ein mit
einem gasförmigen Kraftstoff betriebener Motor sein kann.
Die Untersysteme, die in der Leistungsquelle 28 enthalten
sind, können beispielsweise eine Kraftstoffversorgung,
ein Luftansaugsystem, ein Abgassystem, ein Schmierungssystem, ein
Kühlsystem oder ein anderes geeignetes System enthalten.
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Ein
Sensor 34 kann der Leistungsquelle 28 zum Erfassen
einer Ausgangsdrehzahl derselben zugeordnet sein. Bei einem Beispiel
kann der Sensor 34 als ein Sensor mit einem magnetischen
Geber ausgeführt sein, der einem in einem sich drehenden Bauteil
des Triebstrangs 16 wie einer Kurbelwelle oder einem Schwungrad
eingebetteten Magneten zugeordnet ist. Während des Betriebs
der Leistungsquelle 28 kann der Sensor 34 das
magnetische Drehfeld erfassen, das von dem Magneten erzeugt wird, und
ein Signal erzeugen, das der Drehzahl der Leistungsquelle 28 entspricht.
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Die
Getriebeeinheit 30 kann beispielsweise als ein stufenloses
Getriebe (CVT) ausgeführt sein. Die Getriebeeinheit 30 kann
eine beliebige Art eines stufenlosen Getriebes wie beispielsweise
ein Hydraulik-CVT, ein hydromechanisches CVT, ein elektrisches CVT
oder eine andere, für einen Fachmann offensichtliche Konstruktion
sein. Zudem kann die Getriebeeinheit 30 ein Antriebselement 36 und
ein angetriebenes Element 38 enthalten.
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Bei
dem beispielhaften elektrischen CVT aus 3 kann das
Antriebselement 36 ein Generator wie ein Dreiphasen-Permanentmagnet-Wechselfeldgenerator
sein, und das angetriebene Element 38 kann ein Elektromotor
wie ein Permanentmagnet-Wechselfeldmotor sein, der zum Empfangen
von Leistung von dem Antriebselement 36 ausgebildet ist.
Der Generator des Antriebselements 36 kann über
eine Leistungselektronik 40 zum Antreiben des Motors des
angetriebenen Elements 38 mit elektrischem Strom ansprechend
auf eine an das angetriebene Element 38 gerichtete Drehmomentanweisung verbunden
sein. In einigen Fällen kann der Motor des angetriebenen
Elements 34 alternativ den Generator des Antriebselements 36 über
die Leistungselektronik 40 in umgekehrter Richtung antreiben.
Bei Ausführungsformen, die eine hydraulische stufenlose Getriebeeinheit
benutzen, kann das Antriebselement 36 auch eine Pumpe wie
eine Verstellpumpe sein, und das angetriebene Element 38 kann
ein Motor wie ein Verstellmotor sein. Das angetriebene Element 38 kann
durch Leitungen, die dem Antriebselement 36 und dem angetriebenen
Element 38 Fluid zuführen bzw. von denselben zurückführen,
mit dem Antriebselement 36 in Fluidverbindung stehen, was
dem Antriebselement 36 ermöglicht, das angetriebene
Element 38 durch einen Fluiddruck effektiv anzutreiben.
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Die
Leistungselektronik 40 kann zum Generator gehörende
Komponenten und zum Motor gehörende Komponenten beinhalten.
Beispielsweise kann die Leistungselektronik einen oder mehrere (nicht
gezeigte) Antriebswechselrichter enthalten, die dazu ausgebildet
sind, Dreiphasen-Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln
und umgekehrt. Die Antriebswechselrichter können verschiedene elektrische
Elemente wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Mikroprozessoren,
Kondensatoren, Speichervorrichtungen und andere ähnliche Elemente
aufweisen, die zum Betreiben des Antriebselements 36 und
des angetriebenen Elements 38 verwendet werden. Andere
Komponenten, die zu dem Antriebswechselrichter gehören
können, beinhalten unter anderem eine Leistungsversorgungsschaltung,
eine Signalverarbeitungsschaltung und eine Solenoidansteuerungsschaltung.
Zusätzlich kann die Leistungselektronik 40 einen
Generatorkühlkörper (nicht gezeigt) und einen
Motorkühlkörper (nicht gezeigt) enthalten, die
mit dem antreibenden bzw. dem angetriebenen Element 36, 38 in
Verbindung stehen. Jeder Kühlkörper kann Wärme
von den jeweiligen Komponenten der Leistungselektronik 40 absorbieren
und diese Wärme auf ein (nicht gezeigtes) Kühlsystem übertragen.
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Die
Getriebeeinheit 30 kann zumindest teilweise mit dem linken
und dem rechten Fußpedal 22 und 24 gesteuert
werden. Das heißt, wenn das linke und das rechte Fußpedal 22 und 24 von
einem Bediener betätigt werden, können die Fußpedale
elektrische Signale liefern, die eine gewünschte Leistungsabgabe
des angetriebenen Elements wie beispielsweise ein gewünschtes
Ausgangsdrehmoment und/oder eine gewünschte Drehzahlbegrenzung
anzeigen. Beispielsweise können das linke und das rechte
Fußpedal 22 und 24 eine Minimalstellung
aufweisen und über einen Bereich von Stellungen zu einer
Maximalstellung bewegbar sein. Die Sensoren 42 und 44 können
jeweils dem linken und dem rechten Fußpedal 22 und 24 zugeordnet
sein und dazu vorgesehen sein, die Verstellungspositionen derselben
zu erfassen und ansprechend auf die Verstellungen entsprechende
Signale zu erzeugen. Die Sensoren 42 und 44 können
beliebige Sensoren sein, die dazu in der Lage sind, die Verstellung
der Fußpedale 42 und 44 zu erfassen,
beispielsweise ein Schalter oder ein Potentiometer. Die Verstellsignale
von jedem der Sensoren 42 und 44 können
zum Steuern des Ausgangsdrehmoments des angetriebenen Elements 38 über
das Steuerungsmodul 32 zu der Getriebeeinheit 30 geleitet
werden.
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Zum
Erfassen einer Fortbewegungsgeschwindigkeit der Maschine 10 kann
der Getriebeeinheit 30 und/oder der Traktionsvorrichtung 14 (siehe 1)
ein Sensor 46 zugeordnet sein. Bei einem Beispiel kann
der Sensor 46 als ein Sensor mit einem magnetischen Geber
ausgeführt sein, der einem in einem sich drehenden Bauteil
des Triebstrangs 16 wie einer Getriebeausgangswelle eingebetteten
Magneten zugeordnet ist. Während eines Betriebs der Maschine 10 kann
der Sensor 46 das von dem Magneten erzeugte magnetische
Drehfeld erfassen und ein Signal erzeugen, das der Drehzahl der
Getriebeeinheit 30 und/oder der entsprechenden Fortbewegungsgeschwindigkeit
der Maschine 10 entspricht.
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Das
Steuerungsmodul 32 kann als ein einzelner Mikroprozessor
oder mehrere Mikroprozessoren zum Steuern des Betriebs des Triebstrangs 16 ansprechend
auf die empfangenen Signale ausgeführt sein. Zahlreiche
kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können
zum Erfüllen der Aufgaben des Steuerungsmoduls 32 ausgebildet
sein. Es ist offensichtlich, dass das Steuerungsmodul 32 ohne
Weiteres als ein allgemeiner Maschinenmikroprozessor ausgeführt
sein könnte, der dazu in der Lage ist, zahlreiche Maschinenfunktionen
zu steuern. Das Steuerungsmodul 32 könnte einen
Speicher, eine Sekundärspeichervorrichtung, einen Prozessor
und andere Bauteile zum Laufenlassen einer Anwendung enthalten.
Verschiedene andere Schaltungen können dem Steuerungsmodul 32 zugeordnet
sein, beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalverarbeitungsschaltung,
eine Solenoidansteuerungsschaltung und andere Arten von Schaltungen.
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Eine
Mehrzahl von Basissteuerungskennfeldern kann in dem Speicher des
Steuerungsmoduls 32 gespeichert sein und basierend auf
einer Getriebebetriebsart in Gruppen unterteilt sein. Beispielsweise
können die Basissteuerungskennfelder in eine Vorwärts-,
eine Leerlauf- und eine Rückwärts-Gruppe unterteilt
sein. Solche Gruppen können ansprechend auf ein Signal
ausgewählt werden, das eine Stellung des FNR-Schalthebels 26 angibt.
Zusätzlich kann jedes Basiskennfeld mehrere Unterkennfelder enthalten.
Jedes dieser Basiskennfelder und dieser Unterkennfelder kann in
Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen vorliegen und eine
Ansammlung von Daten enthalten, die im Labor und/oder im praktischen
Einsatz des Triebstrangs 16 gesammelt wurden.
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4 stellt
ein beispielhaftes Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 mit
einer Mehrzahl von Unterkennfeldern dar, die von dem Steuerungsmodul 32 benutzt
werden können, wenn sich der FNR-Schalthebel 26 in
einer Vorwärts-Stellung befindet. Das Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 kann
ein Antriebsunterkennfeld 50, das einen Vorwärtsantrieb der
Maschine 10 steuert, ein Verzögerungsunterkennfeld 52,
das eine Verzögerung des Vorwärtsantriebs steuert,
und ein Richtungsänderungsunterkennfeld 54 enthalten,
das eine Rückwärtsgeschwindigkeit der Maschine 10 steuert.
Ferner kann jedes Unterkennfeld eine x-Achse (unabhängige
Achse), die entweder eine Maschinengeschwindigkeit oder ein Getriebeübersetzungsverhältnis
darstellt, und eine y-Achse (abhängige Achse) enthalten,
die entweder eine Getriebeleistungsabgabe oder eine Drehmomentanforderung
darstellt. Jedes Unterkennfeld kann auch Grenzen für das
Drehmoment, die Maschinengeschwindigkeit und/oder die Antriebsleistung
enthalten. Beispielsweise kann das Antriebsunterkennfeld 50 eine
Maximaldrehmomentgrenze 56 und eine Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 enthalten.
Zusätzlich kann das Verzögerungsunterkennfeld 52 eine
Maximalverzögerungskraftgrenze 60, eine Maximalgeschwindigkeitsgrenze 62 und
eine Maximalauslaufverzögerungskraft 64 enthalten.
Ferner kann das Richtungsänderungsunterkennfeld 54 eine Maximaldrehmomentgrenze 66 enthalten.
Es versteht sich, dass, wenngleich die Grenzen für das Drehmoment,
die Maschinengeschwindigkeit und die Antriebsleistung als stetige
Kurven oder Linien dargestellt sind, die Grenzen auch unstetig sein
können. Zusätzlich kann jedes Unterkennfeld auch
zusätzliche Grenzen enthalten, die in 4 nicht
dargestellt sind, sofern dies erwünscht ist.
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5 stellt
ein beispielhaftes Rückwärts-Basissteuerungskennfeld 68 mit
einer Mehrzahl von Unterkennfeldern dar, die von dem Steuerungsmodul 32 benutzt
werden können, wenn sich der FNR-Schalthebel 26 in
einer Rückwärts-Stellung befindet. Das Rückwärts-Basissteuerungskennfeld 68 kann
ein Antriebsunterkennfeld 70, das einen Rückwärtsantrieb der
Maschine 10 steuert, ein Verzögerungsunterkennfeld 72,
das eine Verzögerung des Rückwärtsantriebs
steuert und ein Richtungsänderungsunterkennfeld 74 enthalten,
das eine Vorwärtsgeschwindigkeit der Maschine 10 steuert. Ähnlich
zu den Vorwärtsunterkennfeldern kann jedes Rückwärtsunterkennfeld
eine x-Achse (unabhängige Achse), die entweder eine Maschinengeschwindigkeit
oder ein Getriebeübersetzungsverhältnis darstellt,
und eine y-Achse (abhängige Achse) enthalten, die entweder eine
Getriebeleistungsabgabe oder eine Drehmomentanforderung darstellt.
Zusätzlich kann jedes Unterkennfeld auch Grenzen für
das Drehmoment, die Maschinengeschwindigkeit und/oder die Antriebsleistung
enthalten. Beispielsweise kann das Antriebsunterkennfeld 70 eine
Maximaldrehmomentgrenze 76 und eine Maximalgeschwindigkeitsgrenze 78 enthalten.
Zusätzlich kann das Verzögerungsunterkennfeld 72 eine
Maximalverzögerungskraftgrenze 80, eine Maximalgeschwindigkeitsgrenze 82 und
eine Maximalauslaufverzögerungskraft 84 enthalten.
Ferner kann das Richtungsänderungsunterkennfeld 74 eine
Maximaldrehmomentgrenze 86 enthalten. Es versteht sich,
dass, wenngleich die Grenzen für das Drehmoment, die Maschinengeschwindigkeit
und die Antriebsleistung als stetige Kurven oder Linien dargestellt
sind, die Grenzen auch unstetig sein können. Zusätzlich
kann jedes Unterkennfeld auch zusätzliche Grenzen enthalten,
die nicht in 5 dargestellt sind, sofern dies
erwünscht ist.
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Die
in dem Speicher des Steuerungsmoduls 32 gespeicherten Basissteuerungskennfelder
können so modifiziert werden, dass die auf der y-Achse dargestellten
abhängigen Variablen, beispielsweise die Maximaldrehmomentbegrenzung 56,
die Maximalauslaufverzögerungskraft 64, die Maximaldrehmomentbegrenzung 66,
die Maximaldrehmomentbegrenzung 76, die Maximalauslaufverzögerungskraft 84 und
die Maximaldrehmomentbegrenzung 86, verschoben und/oder
skaliert werden können. Solche Modifikationen können
auf Nettoverstellwerten basieren, die auf verschiedene Algorithmen,
Kennfelder, Diagramme und/oder Graphen angewandt werden. Die Nettoverstellwerte
können aus einem einer Mehrzahl von Nettoverstellungskennfeldern
ermittelt werden, die in dem Speicher des Steuerungsmoduls 32 gespeichert
sind. Jedes dieser Nettoverstellungskennfelder kann in Form von
Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen vorliegen und eine Ansammlung
von Daten enthalten, die im Labor oder während eines praktischen
Betriebs des Antriebsstrangs 16 gesammelt wurden.
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6 und 7 zeigen
exemplarische Nettoverstellungskennfelder 88 bzw. 90.
Bei jedem dieser Kennfelder kann die Verstellung des linken Pedals
eine Koordinatenachse bilden, die zusammen mit verschiedenen Verstellungskurven
des rechten Pedals zum Ermitteln eines Nettoverstellwerts verwendet
werden kann. Die Nettoverstellungskennfelder, die in dem Speicher
des Steuerungsmoduls 32 gespeichert sind, können
sich auf alle möglichen Weisen unterscheiden. Beispielsweise
können die Formen der Verstellungskurven für das
rechte Pedal entweder linear oder nichtlinear sein. Außerdem
können verschiedene Nettoverstellungskennfelder die Kurven
des rechten Pedals an verschiedenen Positionen auf der Y-Achse enden
lassen. Darüber hinaus können die Nettoverstellungskennfelder
einstellbare Punkte 92 beinhalten, die sich bei jedem beliebigen Verstellwert
des linke Pedals befinden können. Solche Variationen können
ein unterschiedliches Ansprechen auf Bedienereingaben hervorrufen.
Beispielsweise kann ein Nettoverstellungskennfeld ein Drehmomentanforderungssignal
erzeugen, das ein Ausgangsdrehmoment mit dem Betrag Null (einem Nettoverstellwert
Null) anfordert, wenn das durch die Verstellung des linken Pedals 22 erzeugte
Verzögerungssignal gleich dem durch die Verstellung des rechten
Pedals 24 erzeugten Antriebssignal ist. Wenn das Nettoverstellungskennfeld 88 referenziert wird,
kann die Verstellung des linken Pedals 22, die zum Erreichen
des Verstellwerts Null erforderlich ist, unabhängig von
der Verstellung des rechten Pedals 24 sein. Alternativ
kann, wenn das Nettoverstellungskennfeld 90 referenziert
wird, die Verstellung des linken Pedals 22, die zum Erreichen
des Nettoverstellwerts Null erforderlich ist, zunehmen, wenn die
Verstellung des rechten Pedals 24 zunimmt.
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Jedes
Nettoverstellungskennfeld kann einem oder mehreren Unterkennfeldern
zugeordnet sein. Beispielsweise kann das Nettoverstellungskennfeld 88 den
Unterkennfeldern 50 und 52 zugeordnet sein und
dazu verwendet werden, eine Maximaldrehmomentbegrenzung 56 und
Maximalauslaufverzögerungskraft 64 zu verschieben
und/oder zu skalieren. Außerdem kann der Nettoverstellwert,
der aus dem Nettoverstellungskennfeld 88 bestimmt wird,
auf verschiedene Algorithmen, Kennfelder, Diagramme und/oder Graphen
angewendet werden und dazu verwendet werden, ein Drehmoment oder
eine Ausgangsdrehzahl der Getriebeeinheit 30 zu regulieren,
wenn das Steuerungsmodul 32 einem Steuerungspfad in den
Unterkennfeldern 50 oder 52 folgt. Alternativ
kann das Nettoverstellungskennfeld 90 einem Unterkennfeld 54 zugeordnet
sein und dazu verwendet werden, die Maximaldrehmomentbegrenzung 66 zu
verschieben und/oder zu skalieren.
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Zusätzlich
kann der aus dem Nettoverstellungskennfeld 90 ermittelte
Nettoverstellwert auf verschiedene Algorithmen, Kennfelder, Diagramme und/oder
Graphen angewandt werden und zum Regulieren eines Ausgangsdrehmoments
oder einer Ausgangsdrehzahl der Getriebeeinheit 30 verwendet werden,
wenn das Steuerungsmodul 32 einem Steuerungspfad in dem
Unterkennfeld 54 folgt.
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8 und 9 zeigen
ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern der Leistungsabgabe Getriebeeinheit 30.
Genauer ist 8 ein Ablaufdiagramm, das ein
beispielhaftes Verfahren zum Auswählen und Modifizieren
eines geeigneten Unterkennfeldes zum Steuern der Getriebeeinheit 32 ansprechend
auf verschiedene Handlungen des Bedieners darstellt. Zusätzlich
ist 9 eine graphische Darstellung, die einen beispielhaften
Pfad darstellt, den eine Bedieneranforderung einschlagen kann, sobald
das geeignete Unterkennfeld ausgewählt und modifiziert
wurde. 8 und 9 werden im folgenden Abschnitt
zur besseren Veranschaulichung des offenbarten Systems und seines
Betriebs weiter erörtert.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das
offenbarte Steuerungssystem kann auf ein beliebiges Fahrzeug mit
einem drehmomentgesteuerten CVT angewandt werden. Insbesondere kann
das Steuerungssystem durch Auswählen eines bestimmten Basissteuerungskennfelds
aus einer Mehrzahl von Basissteuerungskennfeldern und eines bestimmten
Unterkennfelds aus einer Mehrzahl von Unterkennfeldern ansprechend
auf mehrere Eingaben effizient und präzise ein gewünschtes
Ausgangsdrehmoment ermitteln, dem das Getriebe unter verschiedenen
Umgebungs- und Fahrzeugbedingungen folgen kann. Die Auswahl eines
Basissteuerungskennfelds, eines zugehörigen Unterkennfelds
und eines anschließenden Steuerungspfads für eine
Leistungsabgabeanforderung wird im Folgenden beschrieben.
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Wie
in 8 gezeigt, kann das Verfahren beginnen, wenn das
Steuerungsmodul 32 ein geeignetes Basiskennfeld gemäß den
von dem Bediener empfangenen Eingabesignalen auswählt (Schritt 200).
Solche Signale können erzeugt werden, wenn der Bediener
den FNR-Schalthebel 26 in eine gewünschte Stellung
bringt. Beispielsweise kann, wenn der Bediener den FNR-Schalthebel 26 in
eine Vorwärts-Stellung bringt, ein Signal, das die Vorwärts-Stellung
angibt, von dem FNR-Schalthebel 26 entweder drahtlos oder über
eine Kommunikationsleitung zu dem Steuerungsmodul 32 übertragen
werden. Bei einem Empfang des Signals kann das Steuerungsmodul 32 das
Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 auswählen.
Die Auswahl des Basissteuerungskennfelds kann auch unabhängig
von der Bedienereingabe vorgenommen werden, sofern dies erwünscht
ist. Bei einer solchen Ausführungsform kann das Steuerungsmodul 32 ein
Basissteuerungskennfeld basierend auf anderen Eingabefaktoren wie
beispielsweise einer Drehrichtung einer Gegenwelle der Maschine,
einer Drehrichtung der Traktionsvorrichtungen 14 oder einem
anderen Parameter, der eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs oder
einen Leerlaufzustand angibt, auswählen.
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Nachdem
ein Basissteuerungskennfeld ausgewählt wurde, kann das
Steuerungsmodul 32 von mehreren Quellen eine Eingabe erhalten
(Schritt 202). Solch eine Eingabe kann die Verstellung
des linken Fußpedals 22, die über den
Sensor 42 empfangen wird, die Verstellung des rechten Fußpedals 24,
die über den Sensor 44 empfangen wird, die Ausgangsdrehzahl
der Leistungsquelle 28, die über den Sensor 34 erhalten
wird, und die Ausgangsdrehzahl der Getriebeeinheit 30/die
Fortbewegungsgeschwindigkeit der Maschine 10 enthalten,
die über den Sensor 46 empfangen wird.
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Nach
Empfangen der Eingabe kann das Steuerungsmodul 32 basierend
auf dem ausgewählten Basiskennfeld und der empfangenen
Eingabe ein geeignetes Unterkennfeld auswählen (Schritt 204). Wenn
beispielsweise das Basiskennfeld 48 ausgewählt
wurde, kann das geeignete Unterkennfeld eines der Unterkennfelder 50, 52 und 54 sein,
da diese Unterkennfelder die einzigen Unterkennfelder sein können,
die dem Basiskennfeld 48 zugeordnet sind. Das Steuerungsmodul 32 kann
die empfangene Eingabe referenzieren, um zu ermitteln, welches der oben
genannten Unterkennfelder für die aktuellen Bedingungen
der Maschine 10 geeignet ist. Wenn sich beispielsweise
die Maschine 10 gegenwärtig mit einer positiven
Geschwindigkeit fortbewegt und die Getriebeeinheit 30 ein
negatives Drehmoment erzeugt, kann das Steuerungsmodul 32 das
Unterkennfeld 52 auswählen. Alternativ kann, wenn
die Maschine 10 stillsteht und das von der Getriebeeinheit 30 erzeugte
Drehmoment Null ist, das Steuerungsmodul die Verstellung des linken
Pedals 22 oder des rechten Pedals 24 referenzieren.
Wenn das rechte Pedal 24 verstellt wird, kann das Steuerungsmodul 32 das
Unterkennfeld 50 auswählen. Wenn das linke Pedal 22 verstellt
wird, kann das Steuerungsmodul 32 das Unterkennfeld 52 auswählen. Falls
erwünscht, können auch andere Eingabequellen zum
Bestimmen des geeigneten Unterkennfelds herangezogen werden.
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Nach
dem Auswählen des geeigneten Unterkennfeldes kann das Steuerungsmodul 32 ein
geeignetes Nettoverstellungskennfeld auswählen (Schritt 206).
Genauer kann, da jedes Unterkennfeld einem bestimmten Nettoverstellungskennfeld
zugeordnet sein kann, das geeignete Nettoverstellungskennfeld basierend
auf dem gewählten Unterkennfeld ausgewählt werden.
Beispielsweise kann, wenn entweder das Unterkennfeld 50 oder 52 ausgewählt
wurde, das Nettoverstellungskennfeld 88 ausgewählt
werden, da beide Unterkennfelder dem Nettoverstellungskennfeld 88 zugeordnet
sein können.
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Sobald
das geeignete Nettoverstellungskennfeld ausgewählt wurde,
können Signale von den Sensoren 42 und 44,
die die Verstellung des linken bzw. rechten Fußpedals anzeigen,
zum Ermitteln eines Nettoverstellwerts verwendet werden (Schritt 208).
Das heißt, nach dem Empfangen der Verstellsignale von den
Sensoren 42 und 44 kann das Steuerungsmodul 32 das Nettoverstellungskennfeld 88 referenzieren
(falls eines der Unterkennfelder 50 oder 52 ausgewählt
wurde) und einen entsprechenden Nettoverstellwert auswählen.
Wenn beispielsweise ein Bediener der Maschine 10 das rechte
Pedal zu etwa 70% des Wegs von der Nullstellung zu der Maximalstellung
des rechten Pedals 24 drücken würde, und
das linke Pedal 22 zu etwa 30% des Wegs von der Nullstellung
zu der Maximalstellung des linken Pedals 22 drücken
würde, waren die Werte für das rechte und linke
Pedal etwa 0,7 bzw. 0,3. Folgt man der Kurve für das rechte
Pedal, die 0,7 entspricht, entlang der horizontalen Achse des in 6 gezeigten
Steuerkennfelds zu dem Schnittpunkt mit 0,3, kann der vertikalen
Achse ein Nettoverstellwert von 0,4 entnommen werden.
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Nach
Ermitteln des Nettoverstellwerts kann das ausgewählte Unterkennfeld
modifiziert werden (Schritt 210). Beispielsweise kann der
ermittelte Nettoverstellwert auf Algorithmen, Diagramme und/oder Graphen
angewandt werden, die die Maximaldrehmomentbegrenzung, die dem Unterkennfeld
zugeordnet ist, erhöhen oder herabsetzen können.
Nachdem das Unterkennfeld modifiziert worden ist, kann das Steuerungsmodul 32 einen
gewünschten Steuerungspfad ermitteln, dem die Getriebeeinheit 30 folgen
kann (Schritt 212).
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9 zeigt
ein beispielhaftes Steuerungskennfeld, das nach dem Durchführen
des oben offenbarten Verfahrens ausgewählt werden kann.
Bei dem Beispiel kann die Maschine 10 stillstehen, und
das Steuerungsmodul 32 kann gemäß dem
oben offenbarten Verfahren das Unterkennfeld 50 und das
Nettoverstellungskennfeld 88 auswählen. Außerdem kann
das Nettoverstellungskennfeld 88 einen positiven Nettoverstellwert
erzeugen, der den Wunsch angibt, die Maschine in einer Vorwärtsrichtung
anzutreiben.
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Zum
Ermitteln einer Ausgangsdrehmomentanforderung kann das Steuerungsmodul 32 den
Nettoverstellwert auf Algorithmen, Kennfelder, Diagramme und/oder
Graphen anwenden. Nach dem Empfangen der Ausgangsdrehmomentanforderung
kann das Steuerungsmodul 32 das Ausgangsdrehmoment der
Getriebeeinheit 30 erhöhen. Während des
Erhöhens des Drehmoments kann das Steuerungsmodul 32 ständig
das Ausgangsdrehmoment mit der Maximaldrehmomentbegrenzung 56 vergleichen,
die zuvor ansprechend auf den Nettoverstellwert verschoben und/oder
skaliert worden sein kann. Wenn das Ausgangsdrehmoment des Getriebes 30 geringer
ist als die Maximaldrehmomentbegrenzung 56, kann das Steuerungsmodul
mit dem Erhöhen des Ausgangsdrehmoments mittels der von
dem Nettoverstellwert erzeugten Ausgangsdrehmomentanforderung erhöhen.
Wenn das Ausgangsdrehmoment gleich der Maximaldrehmomentbegrenzung 56 ist, kann
das Steuerungsmodul 32 den aktuellen Betrag des Ausgangsdrehmoments
beibehalten.
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Während
das Ausgangsdrehmoment auf einem konstanten Niveau gehalten wird,
kann das Steuerungsmodul 32 ständig die Geschwindigkeit der
Maschine 10 mit der Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 vergleichen.
Wenn die Geschwindigkeit der Maschine 10 kleiner als die
Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 ist, kann das Steuerungsmodul 32 die Größe
des Ausgangsdrehmoments beibehalten. Wenn jedoch die Geschwindigkeit
der Maschine 10 gleich der Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 ist, kann
das Steuerungsmodul 32 das Ausgangsdrehmoment zum Halten
der Geschwindigkeit der Maschine 10 auf der Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 verringern. Ähnlich
zu der Maximaldrehmomentgrenze 56 kann die Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 ansprechend
auf eine Eingabe von den Bedienerschnittstellenvorrichtungen 18 verschoben
oder skaliert werden oder in dem Steuerungsstrategiealgorithmus
enthalten sein.
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Da
das offenbarte Steuerungssystem mehrere Eingaben zum Ermitteln einer
gewünschten Kombination aus Basissteuerungskennfeldern
und Unterkennfeldern verarbeiten kann, kann die Flexibilität
des Steuerungssystems erhöht werden. Zusätzlich
kann die Verwendung von Kombinationen von Steuerungskennfeldern
zum Erzeugen eines gewünschten Steuerungspfads die Zahl
an möglichen Steuerungspfaden über die Zahl an
verfügbaren Kennfeldern hinaus erhöhen, was die
Flexibilität des Systems erhöht. Solch eine Flexibilität
kann die Zahl von Umgebungen und Anwendungen erhöhen, in
denen das Getriebe und letztlich die zugehörige Maschine
verwendet werden können.
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Für
Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und
Variationen an dem offenbarten Steuerungssystem vorgenommen werden können.
Andere Ausführungsformen werden für Fachleute
bei der Betrachtung der Beschreibung und der Verwendung des offenbarten
Systems offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele
sollen lediglich als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre
Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente
festgelegt wird.
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Zusammenfassung
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DYNAMISCHES STEUERUNGSSYSTEM
FÜR EIN STUFENLOSES GETRIEBE
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Es
wird ein stufenloses Getriebe (30) bereitgestellt, das
ein angetriebenes Element aufweist. Das stufenlose Getriebe enthält
ferner eine erste Bedienereingabevorrichtung (22), die
zum Übertragen eines ersten Verstellsignals ausgebildet
ist, das einer Verstellung der ersten Bedienereingabevorrichtung entspricht.
Das stufenlose Getriebe enthält weiter eine zweite Bedienereingabevorrichtung
(24), die zum Übertragen eines zweiten Verstellsignals
ausgebildet ist, das einer Verstellung der zweiten Bedienereingabevorrichtung
entspricht. Darüber hinaus enthält das stufenlose
Getriebe eine dritte Bedienereingabevorrichtung (26), die
zum Übertragen einer Getriebebetriebsartanforderung ausgebildet
ist. Ferner enthält das stufenlose Getriebe mindestens
einen Sensor (46), der zum Erfassen mindestens eines Parameters
ausgebildet ist, der einen Betriebszustand des Getriebes angibt.
Zusätzlich enthält das stufenlose Getriebe eine
Steuerung (32), die zum Ermitteln einer Leistungsabgabeanforderung
an das angetriebene Element basierend auf der Betriebsanforderungsart,
dem ersten Verstellsignal, dem zweiten Verstellsignal und dem mindestens
einen erfassten Parameter ausgebildet ist. Die Steuerung ist außerdem
zum Regulieren einer Leistungsabgabe des angetriebenen Elements
ansprechend auf die Betriebsartanforderung, die Leistungsabgabeanforderung
an das angetriebene Element und den mindestens einen erfassten Parameter
ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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