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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hybridischen Antriebsstrangs mit einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einer in einer Riemenscheibenebene der Brennkraftmaschine angeordneten und mittels eines schaltbaren Planetengetriebes mit der Kurbelwelle in Wirkeingriff stehenden Elektromaschine, wobei das Planetengetriebe während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine von einem eine zwischen einem Hohlrad des Planetengetriebes und einem drehfest angeordneten Gehäuse angeordnete Bremse betätigenden Aktor über einen Aktorweg reibschlüssig und abhängig von einem Schlüsselstart bei stehendem Hohlrad oder einem Impulsstart bei sich drehendem Hohlrad mittels unterschiedlicher Betriebsparameter geschaltet wird.
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Hybridische Antriebsstränge mit einer in die Riemenscheibe einer Brennkraftmaschine eingebundenen Elektromaschine sind beispielsweise aus der
DE 10 2011 087 697 A1 bekannt. Hierbei wird die Elektromaschine mittels eines schaltbaren Planetengetriebes in den Riementrieb integriert, so dass diese bei untersetzend arbeitendem Planetengetriebe die stillstehende Brennkraftmaschine starten kann und beispielsweise je nach Betriebssituation bei nicht untersetzendem oder untersetzendem Betrieb, die laufende Brennkraftmaschine im Antrieb unterstützen, bei stillstehender Brennkraftmaschine, beispielsweise bei geöffneten Ventilen rekuperieren, das Kraftfahrzeug mit dem entsprechenden Antriebsstrang elektrisch antreiben und/oder Nebenaggregate wie beispielsweise einen Klimakompressor antreiben kann. Das Planetengetriebe wird mittels einer Bremse geschaltet, die von einem Aktor entlang eines Aktorwegs betätigt wird und dabei das Hohlrad des Planetengetriebes mit einem festen Gehäusebauteil reibschlüssig verbindet. Hierbei wird einem Eingriffspunkt der Bremse bei maximal übertragbarem Bremsmoment ein vorgegebener Aktorweg zugeordnet. Je nach Betriebssituation, beispielsweise bei sich ändernder Temperatur, mit Betriebsdauer auftretendem Verschleiß und dergleichen variiert dieser Eingriffspunkt, so dass bei geschlossener Bremse Schlupf auftreten kann, der zu einem hohen Verschleiß der Reibbeläge der Bremse führt, oder Überanpressung, die eine hohe Belastung des Aktors und dessen Mechanik nach sich zieht, auftreten kann.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem ein gattungsgemäßer hybridischer Antriebsstrang dauerhaft und ohne Verschleiß der Reibbeläge der Bremse und ohne Überbelastung des Aktors betrieben werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die diesem untergeordneten Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
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Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung eines hybridischen Antriebsstrangs mit einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einer in einer Riemenscheibenebene der Brennkraftmaschine angeordneten und mittels eines schaltbaren Planetengetriebes mit der Kurbelwelle in Wirkeingriff stehenden Elektromaschine. Hierbei wird das Planetengetriebe während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine von einem eine zwischen einem Hohlrad des Planetengetriebes und einem drehfest angeordneten Gehäuse angeordnete Bremse betätigenden Aktor über einen Aktorweg reibschlüssig geschaltet. In vorgeschlagener Weise wird der Startvorgang bei bevorzugt geschlossener Bremse durchgeführt. Ein geschlossener Zustand der Bremse wird dabei beispielsweise von einer in einem Steuergerät implementierten Routine erkannt, wenn bei einem Schlüsselstart ein erster Betriebsparameter in Form einer Differenzdrehzahl zwischen Hohlrad und Gehäuse innerhalb einer vorgegebenen Schwelle der Differenzdrehzahl beziehungsweise bei einem Impulsstart ein zweiter Betriebsparameter in Form einer dynamischen Reibwertgröße innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt. Unter einem Schlüsselstart ist dabei ein Start der stehenden Brennkraftmaschine bei stehender Elektromaschine, beispielsweise ein Kaltstart zu verstehen. Hierbei startet der Fahrer die Brennkraftmaschine durch einen Schlüssel oder eine entsprechende Einrichtung wie beispielsweise einen Startknopf oder dergleichen. Während eines Impulsstarts erfolgt der Start der Brennkraftmaschine bei bereits drehendem Rotor der Elektromaschine, wenn beispielsweise nach einer vorübergehenden Stilllegung des Kraftfahrzeugs an einer Ampel, einem Bahnübergang oder dergleichen und zum Antrieb des Klimakompressors aktivierter Elektromaschine ein Wiederstart erfolgen soll. Weiterhin kann bei niedrigen Umgebungstemperaturen und damit schwer zu startender Brennkraftmaschine die Elektromaschine vorab beschleunigt werden.
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Die während eines Schlüsselstarts zur Beurteilung einer geschlossenen Bremse herangezogene Differenzdrehzahl kann ohne weitere Sensoren aus der Rotordrehzahl der Elektromaschine gewonnen werden, da sich unter Berücksichtigung der Übersetzung des Planetengetriebes daraus die Drehzahl des Hohlrads ermitteln lässt. Der Reibpartner des Hohlrads ist gehäusefest, so dass sich eine einen Schlupf der Bremse wiedergebende Differenzdrehzahl aus der Rotordrehzahl ergibt. Wird im Rahmen der Messgenauigkeit der Rotordrehzahl, beispielsweise bei Differenzdrehzahlen kleiner 100 1/min, bevorzugt kleiner 10 1/min ein ausreichend kleiner Schlupf ermittelt, wird eine geschlossene Bremse angenommen. Bei größeren Differenzdrehzahlen kann der Schlupf durch entsprechendes weiteres Schließen der Bremse mittels des Aktors vermindert werden. Alternativ oder zusätzlich wird eine notwendige Korrektur des Aktorwegs ermittelt und zur Adaption des Aktorwegs bei nachfolgenden Startvorgängen beim Schlüsselstart im Steuergerät abgespeichert. Ist keine Drehzahldifferenz bei einem vorgegebenen Aktorweg zum Schließen der Bremse messbar, wird sofort oder in einem nachfolgenden Startvorgang der Aktorweg korrigiert, um eine messbare Drehzahldifferenz innerhalb der Schwelle einzustellen und damit eine Überanpressung der Bremse unter hoher Belastung des Aktors zu vermeiden. Eine entsprechende Korrektur des Aktorwegs kann ebenfalls abgespeichert und zur Adaption des Aktorwegs herangezogen werden.
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Bei der Durchführung eines Impulsstarts dreht der Rotor bereits bei stehender Brennkraftmaschine. Hierdurch dreht auch das Hohlrad gegenüber dem drehfest angeordneten Gehäuse. Bei dem Impulsstart soll das Planetengetriebe umgeschaltet werden, das heißt, mittels der Bremse Hohlrad und Gehäuse drehfest gekoppelt werden. Zur Beurteilung des geschlossenen Zustands der Bremse wird überprüft, ob ein zweiter Betriebsparameter in Form einer dynamischen Reibwertgröße innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt. Hierdurch kann das Schließverhalten der Bremse auch bei anfangs großer Drehzahldifferenz zwischen Hohlrad und Gehäuse während eines Impulsstarts beurteilt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Intervall ein Zeitintervall eines Abbaus der Differenzdrehzahl sein. Ist das Zeitintervall größer als das Intervall, wird der Aktorweg in Richtung einer höheren Anpressung korrigiert, wird das Zeitintervall unterschritten, wird wegen einer drohenden Überanpressung die Bremse weniger weit zugestellt, der Aktorweg also verringert. In einer alternativen Ausführungsform kann das Intervall als Bremsmomentintervall eines Bremsmoments der Bremse dargestellt werden. Das Bremsmoment kann dabei wie folgt ermittelt werden:
mit
- JHohl -
- Massenträgheit des Hohlrads
- ω̇Hohl -
- Winkelbeschleunigung des Hohlrads
- JVerbr -
- Massenträgheit der Brennkraftmaschine
- ω̇Verbr -
- Winkelbeschleunigung der Brennkraftmaschine
- MVerbr -
- Moment der Brennkraftmaschine beim Starten entsprechend dem Schleppmoment
- i0 -
- Standübersetzung des Planetengetriebes, beispielsweise i=-2
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Da die Massenträgheit des Hohlrads wesentlich kleiner ist als die des Verbrennungsmotors, kann sie vernachlässigt werden. Damit vereinfacht sich o. g. Gleichung zu:
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann, wenn während eines Startvorgangs der Betriebsparameter außerhalb des zugehörigen Intervalls liegt, ein eingestellter aktueller Aktorweg um einen vorgegebenen Betrag zur Erzielung eines innerhalb dieses Intervalls liegenden Betriebsparameters zu einem adaptierten Aktorweg korrigiert und der adaptierte Aktorweg beim darauffolgenden Startvorgang für dieses Intervall eingestellt werden. Dies bedeutet, dass alternativ oder zusätzlich zu einer sofortigen Korrektur des Schließzustands der Bremse durch Nachregelung des Aktorwegs eine entsprechende Korrektur des Aktorwegs gegenüber einem kalibrierten oder zuvor adaptierten Aktorweg zur Adaptation des ursprünglichen Aktorwegs eingesetzt wird. Hierbei kann eine Korrektur des Aktorwegs jeweils einer Betriebsgröße mittels kleiner, diskreter und pro Adaptionsvorgang gleicher Korrekturschritte des Aktorwegs vorgesehen sein, so dass ein Betrag der Korrektur beziehungsweise Adaption des Aktorwegs in vorgegebenen Schritten pro Startvorgang erfolgt. Es kann weiterhin insbesondere zur Darstellung einer robusten Ausbildung der Adaption des Aktorwegs vorgesehen sein, nach einer Korrektur des Aktorwegs in mehreren nacheinander folgenden Startvorgängen in dieselbe Richtung bei innerhalb des Intervalls liegender Betriebsgröße eine weitere Korrektur dieses Aktorwegs für mehrere Startvorgänge auszusetzen.
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Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 15 dargestellten Ausführungsformen des vorgeschlagenen Verfahrens näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein Prinzipschaltbild eines hybridischen Antriebsstrangs,
- 2 bis 9 Diagramme von Aktorwegen über die Zeit während eines Schlüsselstarts mit zugehörigen Drehzahlen des Hohlrads und der Brennkraftmaschine bei unterschiedlichen Kalibrationszuständen des Aktors zur Betätigung der Bremse
und
- 10 bis 15 Diagramme von Aktorwegen über die Zeit während eines Impulsstarts mit zugehörigen Drehzahlen des Hohlrads und der Brennkraftmaschine bei unterschiedlichen Kalibrationszuständen des Aktors zur Betätigung der Bremse.
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Die 1 zeigt in systematischer Darstellung den hybridischen Antriebsstrang 1 mit der Brennkraftmaschine 2 und der Elektromaschine 3 sowie den zwischen der Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschine 2 und dem Rotor 5 der Elektromaschine 3 wirksam angeordneten Umschlingungsmitteltrieb 6 mit dem schaltbaren Planetengetriebe 7. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Steg 8 mit den Planetenrädern 9 des Planetengetriebes 7 mit der Kurbelwelle und das Sonnenrad 10 über den Riemen 11 mit dem Rotor 5 wirksam verbunden. Das Hohlrad 12 wird mittels der von dem Aktor 13 entlang eines Aktorwegs x betätigten Bremse 14 gegen das Gehäuse 15 gebremst, wodurch das Planetengetriebe 7 in zwei Schaltstufen geschaltet wird. In den Umschlingungsmitteltrieb 6 können weitere, nicht dargestellte Nebenaggregate aufgenommen sein, die wahlweise und abhängig von der Schaltung des Planetengetriebes von der Elektromaschine 3 oder der Brennkraftmaschine 2 angetrieben werden können. Die Elektromaschine 3 startet zudem die stillgelegte Brennkraftmaschine 2 bei geschlossener Bremse 14. Hierbei wird ein Schlüsselstart bei stehender Kurbelwelle 4 und stehendem Rotor 5 und ein Impulsstart bei drehendem Rotor 5 und stillstehender Kurbelwelle 4 unterschieden. Abhängig von den beiden Startzuständen wird der vom Aktor 13 der Bremse 14 aufgezwungene Aktorweg x mittels unterschiedlicher Betriebsparameter überprüft, um zum Einen eine Überanpressung mit hoher Belastung des Aktors 13 und zum Anderen eine hohe Differenzdrehzahl zwischen Hohlrad 12 und dem Gehäuse 15 mit hohem Verschleiß der Reibbeläge der Bremse 14 bei geschlossener Bremse 14 zu überwachen und gegebenenfalls zu adaptieren. Die Drehzahldifferenz zwischen Hohlrad 12 und Gehäuse 15 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel anhand der Rotordrehzahl des Rotors 5 unter Berücksichtigung der Übersetzung des Planetengetriebes 7 ermittelt, so dass auf weitere Sensoren verzichtet werden kann.
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Die 2 bis 9 zeigen unter Bezug auf den Antriebsstrang der 1 das typische Verhalten eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine 2 mittels der Elektromaschine 3 während eines Schlüsselstarts. Hierbei zeigen die 2, 4, 6, 8 jeweils den Aktorweg x gegen die Zeit t anhand der Kurven 16, 16a, 16b, 16c als ideales und anhand der Kurven 17, 17a, 17b, 17c als tatsächliches Verhalten. Die über die 2, 4, 6, 8 erstreckte Linie 18 zeigt den idealen Aktorweg xi , bei dem die Bremse 14 ohne Überanpressung bei minimierter Differenzdrehzahl geschlossen ist. Die zugehörigen, jeweils unterhalb der 2, 4, 6, 8 dargestellten 3, 5, 7, 9 zeigen die Drehzahlen n der Brennkraftmaschine 2 und der Elektromaschine 3 über die Zeit t zu gleichen übereinander liegenden Zeiten t. Die Kurven 19, 19a, 19b, 19c zeigen dabei die Drehzahlen der Elektromaschine und die Kurven 20, 20a, 20b, 20c die Drehzahlen der Brennkraftmaschine 2.
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Die 2 und 3 zeigen einen Startvorgang nach dem Start der Elektromaschine 3 und bei betätigter Bremse 14. Infolge des unterhalb der Linie 18 kalibrierten Aktorwegs x1 tritt an der Bremse 14 Schlupf auf, der anhand eines Überschreitens der Schwelle 21 in Form der Drehzahl n1 von dem den Aktor 13 steuernden Steuergerät erkannt wird. Auf das Überschreiten der Schwelle 21 wird der Aktorweg x1 auf den Aktorweg x2 korrigiert, um den Schlupf der Bremse 14 zu unterbinden. Die Brennkraftmaschine wird gestartet.
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Die 4 und 5 zeigen einen nachfolgenden Startvorgang mit Schlüsselstart. Hierbei wurde der Aktorweg x1 der 2 zu dem Aktorweg x3 adaptiert, indem diesem eine geringere Korrektur als die dem Aktorweg x2 der 2 aufaddierte Korrektur zugeschlagen wurde. Die Brennkraftmaschine 2 wird ohne Schlupf des Hohlrads 12 gegenüber dem Gehäuse gestartet. Aus der fehlenden Überschreitung der Schwelle 22 für einen Mindestschlupf in Form der Drehzahl n2 wird jedoch erkannt, dass eine Überanpressung vorliegt. Die Korrektur des Aktorwegs x3 wird wieder um einen vorgegebenen Betrag vermindert.
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Die 6 und 7 zeigen den richtig adaptierten, auf der Linie 18 liegenden und damit dem idealen Aktorweg xi entsprechenden Aktorweg x3 , bei dem ohne Überanpressung und nur mit vernachlässigbarem, beispielsweise unterhalb der Messgenauigkeit liegendem Schlupf des Hohlrads 12 die Brennkraftmaschine 2 von der Elektromaschine 3 gestartet wird. Die Linie 18 ist in praktischen Ausführungsformen nicht über die Betriebszeit des Antriebsstrangs 1 konstant, so dass entsprechend den 8 und 9 in nachfolgenden Startvorgängen bei Schlüsselstarts erneut Schlupf auftreten kann, der entsprechend den 2 bis 7 kompensiert wird, indem der aktuell adaptierte Aktorweg x3 erneut adaptiert wird.
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Die 10 bis 15 zeigen mit Bezug auf den Antriebsstrang 1 der 1 das Verhalten der Bremse 14 während eines Impulsstarts. Hierbei sind in den 10, 12, 14 jeweils die Kurven 23, 23a, 23b der Aktorwege x über die Zeit t und in den 11, 13, 15 die Drehzahlen n über die Zeit t anhand der Kurven 24, 24a, 24b der Drehzahlen für die Elektromaschine 3 und anhand der Kurven 25, 25a, 25b der Drehzahlen der Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Wie aus den 11, 13, 15 hervorgeht, wird aufgrund der Stilllegung der Brennkraftmaschine 2 zu vorgegebenen Zeitenpunkten t1 die Elektromaschine 3 bestromt und dreht mit vorgegebener Drehzahl, um beispielsweise ein Nebenaggregat, beispielsweise einen Klimakompressor anzutreiben. Um die Brennkraftmaschine 2 beispielsweise nach einem Ampelstopp zu starten, wird die Bremse 14 zum Zeitpunkt t2 geschlossen. Zur Beurteilung der Position des für den geschlossenen Zustand der Bremse 14 eingestellten Aktorwegs x wird die anhand der Drehzahl n der Elektromaschine 3 ermittelte Differenzdrehzahl wie Schlupf des Hohlrads 12 gegenüber dem Gehäuse 15 in dem Intervall Δt wie Zeitintervall ermittelt. Das Intervall Δt beginnt zu dem Zeitpunkt t3 , bei dem der anhand der gestrichelten Kurve mit Zeitverzögerung eingestellte Aktorweg x jeweils praktisch eingestellt ist. Zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 wird das minimale Intervall Δtmin vorgegeben. Nimmt der Schlupf der Bremse 14 innerhalb dieses Intervalls ab, ist von einer Überanpressung auszugehen. Zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t5 wird das maximale Zeitintervall Δtmax vorgegeben. Ist innerhalb dieses Intervalls der Schlupf der Bremse nicht abgebaut, ist von unzulässigem Schlupf auszugehen. Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass die Aktorwege x eines Schlüsselstarts und eines Impulsstarts bevorzugt unabhängig voneinander ermittelt und adaptiert werden. Die Korrelation zwischen diesen Aktorwegen x des Schlüssel- und Impulsstarts können jedoch zur allgemeinen Beurteilung des Zustands der Bremse 14 miteinander verglichen werden.
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In den untereinander bei gleichen Zeitachsen dargestellten 10, 11 erstreckt sich der Schlupf über den Zeitpunkt t5 hinaus aus, liegt also außerhalb des Zeitintervalls Δtmax , so dass der ursprünglich eingestellte Aktorweg x4 auf den Aktorweg x5 vergrößert wird. Desweiteren wird aus der Korrektur des Aktorwegs x4 zu dem Aktorweg x5 eine Korrekturgröße ermittelt, mit der der Aktorweg x4 zum Aktorweg x6 adaptiert wird.
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In den 12 und 13 ist die Anwendung des mehr als additiv kompensierten Aktorwegs x6 dargestellt. Nach der Einstellung des dadurch adaptierten Aktorwegs x6 nimmt der Schlupf innerhalb des Zeitintervalls Δtmin ab und Synchronizität zwischen Elektromaschine 3 und Brennkraftmaschine 2 wird erreicht. Definitionsgemäß handelt es sich dabei um eine Überanpressung, so dass der Aktorweg x6 in die andere Richtung zu kürzeren Aktorwegen adaptiert wird.
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Die 14 und 15 zeigen den zum Zeitpunkt t3 angewandten aus dem Impulsstart der 12 und 15 adaptierten Aktorweg x7 , der zu einem Abbau des Schlupfs des Hohlrads 12 und damit zu einer synchronen Drehzahlentwicklung von Elektromaschine 3 und Brennkraftmaschine 2 außerhalb des Zeitintervalls Δtmin , jedoch innerhalb des Zeitintervalls Δtmax führt, so dass eine Einstellung der Bremse 14 zwischen unzulässiger Überanpressung und zu hohem Schlupf des Hohlrads 12 gegenüber dem Gehäuse 15 erzielt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Elektromaschine
- 4
- Kurbelwelle
- 5
- Rotor
- 6
- Umschlingungsmitteltrieb
- 7
- Planetengetriebe
- 8
- Steg
- 9
- Planetenräder
- 10
- Sonnenrad
- 11
- Riemen
- 12
- Hohlrad
- 13
- Aktor
- 14
- Bremse
- 15
- Gehäuse
- 16
- Kurve
- 16a
- Kurve
- 16b
- Kurve
- 16c
- Kurve
- 17
- Kurve
- 17a
- Kurve
- 17b
- Kurve
- 17c
- Kurve
- 18
- Linie
- 19
- Kurve
- 19a
- Kurve
- 19b
- Kurve
- 19c
- Kurve
- 20
- Kurve
- 20a
- Kurve
- 20b
- Kurve
- 20c
- Kurve
- 21
- Schwelle
- 22
- Schwelle
- 23
- Kurve
- 23a
- Kurve
- 23b
- Kurve
- 24
- Kurve
- 24a
- Kurve
- 24b
- Kurve
- 25
- Kurve
- 25a
- Kurve
- 25b
- Kurve
- n
- Drehzahl
- n1
- Drehzahl
- n2
- Drehzahl
- t
- Zeit
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt
- t3
- Zeitpunkt
- t4
- Zeitpunkt
- t5
- Zeitpunkt
- Δt
- Intervall
- Δtmax
- Zeitintervall
- Δtmin
- Zeitintervall
- x
- Aktorweg
- xi
- idealer Aktorweg
- x1
- Aktorweg
- x2
- Aktorweg
- x3
- Aktorweg
- x4
- Aktorweg
- x5
- Aktorweg
- x6
- Aktorweg
- x7
- Aktorweg