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Gebiet der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Kalibrierung einer Drehmomentsteuerungsfunktion eines Fahrzeugs, insbesondere eine Drehmomentvorsteuerungsfunktion (Feedforward-Drehmomentsteuerungsfunktion), die ein Eingangsdrehmoment, das durch eine Kraftmaschine oder einen Motor an eine Antriebszeile beziehungsweise einen Antrieb des Fahrzeugs angelegt wird, steuert.
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Hintergrund der Offenbarung
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Herkömmliche Fahrzeuge umfassen eine Kraftmaschine oder im Fall eines elektrischen Fahrzeugs / Hybridfahrzeugs (zusätzlich) einen oder mehrere elektrische Motoren zur Erzeugung eines Drehmoments. Dieses Drehmoment wird in eine Antriebszeile beziehungsweise einen Antrieb (auch als Antriebssystem bezeichnet) eingeben, die beispielsweise ein Getriebe und ein Leistungsübertragungssystem umfasst. Die Antriebszeile transferiert das Drehmoment zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Wenn ein Eingangsdrehmoment an die Antriebszeile durch die Kraftmaschine und/oder den Motor angelegt wird (das heißt bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs), können Vibrationen beziehungsweise Schwingungen zusätzlich zu der Antriebszeile übertragen werden. Des Weiteren können ebenso externe Schwingungsquellen Schwingungen in der Antriebszeile verursachen. Zusätzlich können Schwingungen ebenso verursachen, dass weitere Teile des Fahrzeugs, die zu der Antriebszeile unterschiedlich sind, vibrieren beziehungsweise schwingen.
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Um derartige Schwingungen zu verringern, ist es bekannt, einen Drehmomentsteuerungsalgorithmus in dem Fahrzeug, beispielsweise einen Schwingungsverringerungssteuerungsalgorithmus durch eine Vorsteuerungslogik (Feedforward-Logik), zu verwenden. Eine derartige Drehmomentverringerung ist insbesondere in Fahrzeugen wichtig, die keine Drehmomentwandler aufweisen.
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Wie es in der
US 2013 0325285 ebenso skizziert ist, kann ein bekannter Schwingungsverringerungssteuerungsalgorithmus auf der Grundlage einer Steuerungslogik implementiert werden, in der eine Vorsteuerungsfunktion ein Motorbefehlsdrehmoment ausgibt und eine Regelungsfunktion ein Schwingungsverringerungsdrehmoment zur Unterdrückung einer Geschwindigkeitsschwingung berechnet, die als eine Motorsensorgeschwindigkeit und eine Motormodellgeschwindigkeit extrahiert wird. Eine Antriebssystemtransferfunktion gibt ein endgültiges Motorbefehlsdrehmoment aus, das erhalten wird, indem das Motorbefehlsdrehmoment und das Schwingungsverringerungsdrehmoment summiert werden.
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Insbesondere umfasst der Schwingungsverringerungsalgorithmus, der in der
US 2013 0325285 offenbart ist, eine optimierte Vorsteuerungslogik, in der ein Anforderungsdrehmoment in zwei oder mehr unterschiedliche Typen von Drehmomenten aufgeteilt wird, von denen eines der zwei Drehmomente zwei Mal mit einer Zeitdifferenz, die gleich einer halben Periode von einer Schwingungsperiode des Antriebssystems des Fahrzeugs ist, bereitgestellt wird, um eine zugehörige Schwingung zu verringern; und eine Vorsteuerungslogik, in der Informationen von dem Antriebssystem verarbeitet werden und zu dem Motorbefehlsdrehmoment der optimierten Vorsteuerungslogik hinzugefügt werden. Die halbe Periode von einer Schwingung des Antriebssystems kann durch einen Motorgeschwindigkeitssensor berechnet werden, der Motorgeschwindigkeitsoszillationen misst.
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Der Schwingungsverringerungsalgorithmus, der in der
US 2013 0325285 beschrieben ist, ist eine Kombination aus einem Vorsteuerungs- und einem Regelungsalgorithmus, um die Schwingung des Antriebssystems zu verringern. Zusätzlich beruht der Vorsteuerungsalgorithmus auf einer Messung des tatsächlichen Systemverhaltens, beispielsweise der Motorgeschwind igkeitsoszillationen.
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Herkömmlicherweise ist es, um einen Schwingungsverringerungsalgorithmus zu kalibrieren, erforderlich, eine manuelle Kalibrierungsprozedur auszuführen. Der Vorgang zum Kalibrieren der Drehmomentsteuerungsfunktion ist ein iterativer Vorgang, der mehrere Schleifen erfordert, bevor das erforderliche Ergebnis und ein Systemantwortsollwert erreicht werden können, geschätzt etwa 1000 Mannstunden durch einen Kalibrierungsingenieur. Während dieser Zeit ist ein dediziertes Testfahrzeug sowie ein abgesicherter Testbereich (eine Strecke) erforderlich. Zusätzlich zu diesen Anforderungen ist die Kalibrierungsqualität nicht zuverlässig, da sie in hohem Maße von der Erfahrung und Fachkenntnis des Kalibrierungsingenieurs abhängt.
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Kurzzusammenfassung der Offenbarung
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Derzeit bleibt es wünschenswert, ein System und ein Verfahren zur zuverlässigen Kalibrierung einer Drehmomentsteuerungsfunktion eines Fahrzeugs in einer zeit- und kosteneffektiven Art und Weise, insbesondere in einem vollständig automatisierten Vorgang, bereitzustellen.
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Folglich wird gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ein System zur Kalibrierung einer Drehmomentsteuerungsfunktion eines Fahrzeugs bereitgestellt, das eine Antriebszeile beziehungsweise einen Antrieb aufweist, wobei die Drehmomentsteuerungsfunktion ein Eingangsdrehmoment steuert, das an die Antriebszeile beziehungsweise den Antrieb angelegt wird. Das System umfasst (oder ist konfiguriert, auszuführen/zu berechnen) eine mathematische Darstellung, die konfiguriert ist, in der Zeitdomäne eine Fahrzeug- und/oder eine Antriebszeilendynamik in Reaktion auf ein angelegtes Eingangsdrehmoment zu simulieren.
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Das System ist konfiguriert:
- -die mathematische Darstellung in eine Frequenzdomäne umzuwandeln,
- -eine gewünschte Antwort der umgewandelten mathematischen Darstellung in der Frequenzdomäne zu definieren,
- -die gewünschte Antwort der mathematischen Darstellung in ein erforderliches Eingangsdrehmoment in der Zeitdomäne zu übersetzen und
- -die Drehmomentsteuerungsfunktion auf der Grundlage des erforderlichen Eingangsdrehmoments zu kalibrieren.
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Dementsprechend ist die Kalibrierungstechnik für einen vollständig automatisierten Vorgang geeignet, wünschenswerterweise durch eine Kombination von Simulationstechniken und einem analytischen Ansatz. Diese Simulationstechniken können ein Simulieren eines physikalischen Modells der Fahrzeugantriebszeile und zugehöriger wichtiger Komponenten umfassen. Der analytische Ansatz kann das am besten geeignete Systemdrehmoment für ein vordefiniertes Antwortkriterium beispielsweise unter Verwendung einer Laplace-Transformationsfunktion identifizieren.
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Mit den Simulationstechniken kann das physikalische Systemverhalten simuliert werden und der Vorsteuerungsalgorithmus kann vollständig abgetrennt beziehungsweise offline kalibriert werden. Ein Testfahrzeug kann nur für einen abschließenden Validierungszweck verwendet werden.
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Der Vorteil des Systems ist eine substanzielle Verringerung der Entwicklungsressourcen im Hinblick auf Mannstunden und von Anforderungen für ein Testfahrzeug oder eine Teststrecke sowie eine Verbesserung der Kalibrierungsqualität, wie es vorstehend genannt ist.
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Das Eingangsdrehmoment, das an die Antriebszeile angelegt wird, kann durch eine Drehmomenterzeugungseinheit erzeugt werden, die beispielsweise eine Kraftmaschine und/oder einen oder mehrere elektrische Motoren umfasst.
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Die mathematische Funktion kann eine Simulation des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs bei Drehmomentänderungen, wie beispielsweise einer Beschleunigung oder Verzögerung, ermöglichen.
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Die mathematische Funktion kann ebenso als ein mathematisches Simulationsmodell bezeichnet werden, das die Fahrzeug- und/oder Antriebszeilendynamik simuliert. Ein Simulationsmodell des Fahrzeugs kann erzeugt werden und mit dem ECU- (Elektronische-Steuerungseinheit-) Steuerungsmodell verbunden werden.
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Das Steuerungsmodell ist nicht notwendigerweise ein Modell der vollständigen ECU, sondern kann vielmehr ein Modell einer spezifischen Funktion sein, die in der ECU läuft. Beide Modelle (Fahrzeug/Antriebszeile und Steuerungsfunktion) können in dem gleichen Softwareprogrammpaket laufen, wobei dies nicht zwingend notwendig ist.
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Die Frequenzdomäne kann eine komplexe Domäne sein, die Frequenz- und Dämpfungseigenschaften der dynamischen Antwort der mathematischen Darstellung beschreibt.
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Die Umwandlung beziehungsweise Transformation der mathematischen Darstellung kann eine Laplace- oder Fourier-Transformation sein.
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Die Fahrzeug- und/oder Antriebszeilendynamik kann Eigenschaften der Antriebszeile im Betrieb und/oder von zumindest einem weiteren Teil des Fahrzeugs im Betrieb, das zu der Antriebszeile unterschiedlich ist, darstellen. Beispiel derartiger anderer Teile, beispielsweise Aufhängungsbuchsen des Fahrzeugs, sind nachstehend aufgelistet.
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Die Antriebszeile, auf die in der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen wird, kann den gesamten Drehmomentübertragungsweg von der Drehmomenterzeugungseinheit (wünschenswerterweise, aber nicht zwingend notwendigerweise mit Ausnahme der Drehmomenterzeugungseinheit) zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs (wünschenswerterweise einschließlich der Räder) oder zumindest einem Teil hiervon, beispielsweise dem Getriebe und/oder einem Leistungsübertragungssystem, umfassen.
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Die Fahrzeug- und/oder Antriebszeilendynamik kann ebenso als das dynamische Verhalten des Fahrzeugs und/oder der Antriebszeile bei Drehmomentänderungen, wie beispielsweise einer Beschleunigung oder einer Verzögerung, bezeichnet werden.
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Die mathematische Darstellung kann zumindest eines darstellen von:
- -einer Fahrzeugstraßenbelastungsgleichung,
- -Fahrzeugkraftübertragungsstrangeigenschaften, einschließlich Antriebszeilentorsionseigenschaften,
- - Kraftübertrag ungsstranganbringsystemeigenschaften,
- -Aufhängungsbuchseneigenschaften und
- -Rad- und/oder Reifeneigenschaften.
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Das System kann konfiguriert sein, eine Linearisierung bei der mathematischen Darstellung anzuwenden, bevor das System die mathematische Darstellung in eine komplexe Domäne umwandelt.
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Diese Linearisierung kann ein Entfernen von Diskontinuitäten, variablen Verstärkungen umfassen.
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Die Linearisierung kann eine lineare Bewegungsgleichung n-ter Ordnung sein.
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Das Fahrzeug kann eine Drehmomenterzeugungseinheit (auch als eine Leistungseinheit) umfassen. Die Drehmomentsteuerungsfunktion kann konfiguriert sein, Eigenschaften des Drehmoments, das durch die Drehmomenterzeugungseinheit erzeugt wird, zu steuern. Das Drehmoment kann als ein Eingangsdrehmoment an die Fahrzeugantriebswelle angelegt werden.
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Die mathematische Darstellung kann als eine Eingabe eine Variable aufweisen, die das Eingangsdrehmoment darstellt, das an die Antriebszeile des Fahrzeugs angelegt wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die mathematische Darstellung als eine Antwort eine Variable aufweisen, die die Fahrzeug- und/oder Antriebszeilendynamik darstellt.
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Die Variable kann ein mathematischer Ausdruck sein, der Informationen über das Antriebszeilenverhalten umfasst.
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Die Fahrzeug- und/oder Antriebszeilendynamik kann zumindest eines darstellen aus.
- -einem Drehmoment von Radwellen des Fahrzeugs,
- -einer Beschleunigung des Fahrzeugs und
- -einer Antriebszeilendynamik und Zustände, insbesondere Geschwindigkeiten und Beschleunigungen von Antriebszeilenkomponenten.
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Das System kann die gewünschte Antwort in ein erforderliches Eingangsdrehmoment der mathematischen Darstellung in der Zeitdomäne in zwei Schritten übersetzen:
- -In einem Schritt kann das System das erforderliche Eingangsdrehmoment auf der Grundlage der gewünschten Antwort in der Frequenzdomäne bestimmen.
- - In einem anderen Schritt kann das System das erforderliche Eingangsdrehmoment in die Zeitdomäne übersetzen.
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Alternativ hierzu kann das System die gewünschte Antwort in die Zeitdomäne übersetzen und das erforderliche Eingangsdrehmoment auf der Grundlage der gewünschten Antwort in der Zeitdomäne bestimmen.
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Die Drehmomentsteuerungsfunktion kann eine Drehmomentvorsteuerungsfunktion (Feedforward-Drehmomentsteuerungsfunktion) sein.
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Das Eingangsdrehmoment kann durch eine Kraftmaschine und/oder einen Motor des Fahrzeugs an die Antriebszeile angelegt werden. Dementsprechend kann die Drehmomenterzeugungseinheit die Kraftmaschine und/oder einen Motor umfassen.
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Das System kann einen Datenspeicher zur Speicherung der mathematischen Darstellung sowie eine elektronische Steuerungseinrichtung, die konfiguriert ist, die mathematische Darstellung auszuführen, umfassen.
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Das Fahrzeug kann eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) umfassen, die die Drehmomentsteuerungsfunktion in dem Fahrzeug steuert. Das System kann ein Elektronische-Steuerungseinheit-(ECU-)Modell umfassen, das die ECU (oder einen Teil der ECU) des Fahrzeugs simuliert. Das ECU-Modell kann konfiguriert sein, die Drehmomentsteuerungsfunktion des simulierten Fahrzeugs zu steuern. Das simulierte Fahrzeug kann durch die mathematische Darstellung, das heißt das mathematische Simulationsmodell dargestellt werden. Dementsprechend kann das ECU-Modell das simulierte Fahrzeug während des Kalibrierungsvorgangs beispielsweise entsprechend vorbestimmter Anweisungen zum Beschleunigen und/oder Verzögern des simulierten Fahrzeugs steuern.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zum Kalibrieren einer Drehmomentsteuerungsfunktion eines Fahrzeugs, das eine Antriebszeile aufweist. Die Drehmomentsteuerungsfunktion steuert ein Eingangsdrehmoment, das an die Antriebszeile angelegt wird. Eine mathematische Darstellung simuliert in der Zeitdomäne eine Fahrzeug- und/oder Antriebszeilendynamik in Reaktion auf ein angelegtes Eingangsdrehmoment. Das Verfahren umfasst Schritte zum:
- -Umwandeln der mathematischen Darstellung in eine Frequenzdomäne,
- -Definieren einer gewünschten Antwort der umgewandelten mathematischen Darstellung in der Frequenzdomäne,
- -Übersetzen der gewünschten Antwort der mathematischen Darstellung in ein erforderliches Eingangsdrehmoment in der Zeitdomäne und
- -Kalibrieren der Drehmomentsteuerungsfunktion auf der Grundlage des erforderlichen Eingangsdrehmoments.
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Das Verfahren kann den Schritt zum Simulieren in der Zeitdomäne einer Fahrzeug- und/oder Antriebszeilendynamik in Reaktion auf ein angelegtes Eingangsdrehmoment wünschenswerterweise unter Verwendung der mathematischen Darstellung umfassen.
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Das Verfahren kann ferner Verfahrensschritte umfassen, die den Funktionen des Systems entsprechen, wie es vorstehend beschrieben ist. Die weiteren Verfahrensschritte können so sein, wie es nachstehend beschrieben ist.
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Die Frequenzdomäne kann eine komplexe Domäne sein, die Frequenz- und Dämpfungseigenschaften der dynamischen Antwort der mathematischen Darstellung beschreibt, und/oder die Umwandlung der mathematischen Darstellung kann eine Laplace- oder eine Fourier-Transformation sein.
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Die mathematische Darstellung kann zumindest eines darstellen aus:
- -einer Fahrzeugstraßenbelastungsgleichung,
- -Fahrzeugkraftübertragungsstrangeigenschaften, die Antriebstorsionseigenschaften umfassen,
- -Kraftübertragungsstranganbringsystemeigenschaften,
- -Aufhängungsbuchseneigenschaften und
- -Rad- und/oder Reifeneigenschaften.
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Das Verfahren kann die weiteren Schritte zum Anwenden einer Linearisierung bei der mathematischen Darstellung wünschenswerterweise vor dem Schritt zum Umwandeln der mathematischen Darstellung in eine komplexe Domäne umfassen.
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Diese Linearisierung kann ein Entfernen von Diskontinuitäten und variablen Verstärkungen umfassen.
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Die Linearisierung kann eine lineare Bewegungsgleichung n-ter Ordnung sein.
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Die Drehmomentsteuerungsfunktion kann Eigenschaften des Drehmoments, das durch die Drehmomenterzeugungseinheit erzeugt wird, steuern. Das Drehmoment kann als ein Eingangsdrehmoment an die Fahrzeugantriebszeile angelegt werden.
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Die mathematische Darstellung kann als eine Eingabe eine Variable aufweisen, die das Eingangsdrehmoment darstellt, das an die Antriebzeile des Fahrzeugs angelegt wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die mathematische Darstellung als eine Antwort eine Variable aufweisen, die die Fahrzeug- und/oder Antriebszeilendynamik darstellt.
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Diese Variable kann ein mathematischer Ausdruck sein, der Informationen über das Antriebszeilenverhalten umfasst.
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Die Fahrzeug- und/oder Antriebsdynamik kann zumindest eines darstellen aus:
- -einem Drehmoment von Radwellen des Fahrzeugs,
- -einer Beschleunigung des Fahrzeugs und
- -einer Antriebszeilendynamik und Zuständen, insbesondere Geschwindigkeiten und Beschleunigungen von Antriebszeilenkomponenten.
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Der Schritt zum Übersetzen der gewünschten Antwort in ein erforderliches Eingangsdrehmoment der mathematischen Darstellung in der Zeitdomäne kann zwei Schritte umfassen oder daraus bestehen:
- - In einem Schritt kann das System das erforderliche Eingangsdrehmoment auf der Grundlage der gewünschten Antwort in der Frequenzdomäne bestimmen.
- - In einem anderen Schritt kann das System das erforderliche Eingangsdrehmoment in die Zeitdomäne übersetzen.
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Alternativ hierzu kann der Übersetzungsschritt den Schritt zum Übersetzen der gewünschten Antwort in die Zeitdomäne und zum Bestimmen des erforderlichen Eingangsdrehmoments auf der Grundlage der gewünschten Antwort in der Zeitdomäne umfassen.
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Die Drehmomentsteuerungsfunktion kann eine Drehmomentvorsteuerungsfunktion sein.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner ein Computerprogramm, das Anweisungen zur Ausführung der Schritte des Verfahrens umfasst, wenn das Programm durch einen Computer ausgeführt wird.
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Es ist beabsichtigt, dass Kombinationen der vorstehend beschriebenen Elemente und derjenigen innerhalb der Spezifikation ausgeführt werden können, es sei denn, sie sind widersprüchlich.
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Es ist ersichtlich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachstehende ausführliche Beschreibung als Beispiel und lediglich zur Erklärung dienen, wobei sie nicht bezüglich der Offenbarung wie sie beansprucht ist, einschränkend sind.
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Die beigefügte Zeichnung, die in diese Spezifikation eingefügt ist und einen Teil hiervon bildet, veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Offenbarung und dient zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der zugehörigen Prinzipien.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung;
- 2 zeigt zwei Flussdiagramme (a) und (b), die schematisch ein Fahrzeug und/oder eine Antriebszeilendynamik in Reaktion auf ein angelegtes Eingangsdrehmoment in einer Zeit- und einer Frequenzdomäne gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen;
- 3 zeigt drei Flussdiagramme (a) bis (c), die schematisch die Methodik zum Bestimmen von Kalibrierungswerten für die Drehmomentsteuerungsfunktion gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen; und
- 4 zeigt ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Kalibrieren einer Drehmomentsteuerungsfunktion gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachstehend wird ausführlich auf beispielhafte Ausführungsbeispiele der Offenbarung Bezug genommen, wobei Beispiele hiervon in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht sind. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen innerhalb der Zeichnung verwendet, um die gleichen oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems 10 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
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Das System 10 kann eine elektronische Steuerungseinrichtung 1, wie beispielsweise eine elektronische Schaltung, eine Verarbeitungseinrichtung beziehungsweise einen Prozessor (geteilt, dediziert oder eine Gruppe), eine kombinatorische Logikschaltung, einen Speicher, der ein oder mehrere Softwareprogramme ausführt, und/oder andere geeignete Komponenten umfassen, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Anders ausgedrückt kann das System 10 eine Computervorrichtung sein. Die elektronische Steuerungseinrichtung 1 kann konfiguriert sein, das Kalibrierungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
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Das System kann ferner einen Datenspeicher 2 (das heißt einen Speicher) umfassen, der Daten, beispielsweise ein Computerprogramm, das, wenn es ausgeführt wird, das Kalibrierungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ausführt, speichern kann. Insbesondere kann das System oder der Datenspeicher eine Software speichern, die eine mathematische Darstellung 3 (beispielsweise ein Fahrzeugsimulationsmodell) gemäß der vorliegenden Offenbarung speichert. Wünschenswerterweise kann das System oder der Datenspeicher ferner eine Software (beispielsweise ein ECU-Modell) speichern, das eine Drehmomentsteuerungsfunktion 4 gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst.
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Anders ausgedrückt kann das System 10 ein Fahrzeugsimulationsmodell 3, das die Antriebszeilen- beziehungsweise Antriebs- und/oder Fahrzeugeigenschaften eines Fahrzeugs simuliert, und ein ECU-Modell 4 des Fahrzeugs umfassen, das die echte elektronische Steuerungseinheit (ECU) simuliert, die beispielsweise die Leistungseinheit, den Antrieb und in wünschenswerter Weise andere Teile des Fahrzeugs, die für ein Fahren erforderlich sind, steuert. Das ECU-Modell 4 kann ferner das Drehmoment simulieren, das durch die Leistungseinheit in Reaktion auf einen Steuerungsbefehl erzeugt wird, der in die Leistungseinheit eingegeben wird.
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2 zeigt zwei Flussdiagramme (a) und (b), die schematisch eine Fahrzeug- und/oder eine Antriebszeilendynamik in Reaktion auf ein angelegtes Eingangsdrehmoment in einer Zeitdomäne (a) und einer Frequenzdomäne (b) gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Anders ausgedrückt entsprechen die Schritte des Flussdiagramms (b) denen des Flussdiagramms (a), wobei sie in die Frequenzdomäne (komplexe Domäne) umgewandelt worden sind. Die Verfahren, die durch die Flussdiagramme veranschaulicht sind, insbesondere durch das Flussdiagramm (b), können durch das System 10 ausgeführt werden.
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Wie es in dem ersten Schritt der Flussdiagramme (a) und (b) gezeigt ist, wird ein Beschleunigungsbefehl in ein ECU-Modell eingegeben. Der Beschleunigungsbefehl kann beispielsweise dem Signal entsprechen, das durch die Betätigung eines Beschleunigungspedals beziehungsweise Gaspedals in einem echten Fahrzeug verursacht wird.
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Das ECU-Modell bestimmt das simulierte Drehmoment Tp(t), das durch eine Leistungseinheit (beispielsweise eine Kraftmaschine und/oder einen elektrischen Motor) in Reaktion auf den Beschleunigungsbefehl erzeugt werden würde.
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Das simulierte Drehmoment Tp(t) kann unterschiedliche Muster aufweisen. Das simulierte Drehmoment Tp(t) kann insbesondere eine Änderung in dem Drehmoment mit entweder einem positiven oder einem negativen Gradienten umfassen.
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Das Drehmoment wird in ein Simulationsmodell (das heißt die mathematische Darstellung) eingegeben, die in Reaktion darauf eine simulierte Fahrzeugbeschleunigung ausgeben kann. Des Weiteren gibt das Simulationsmodell die simulierte Antwort Gx(t) des Fahrzeugs oder zumindest der zugehörigen Antriebszeile in Reaktion auf das Drehmoment, das in die Antriebszeile eingegeben wird, aus. Diese Antwort kann beispielsweise Vibrationen beziehungsweise Schwingungen der Antriebszeile umfassen. Anders ausgedrückt wird das Simulationsmodell erzeugt und mit dem ECU-Steuerungsmodell verbunden, das eine Simulation des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs bei Drehmomentänderungen, wie beispielsweise einer Beschleunigung oder Verzögerung, ermöglicht.
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Inhalte des Fahrzeugsimulationsmodells (virtuelles Fahrzeug) können eine Fahrzeugstraßenbelastungsgleichung beziehungsweise eine Fahrzeugfahrwiderstandsgleichung, ein Fahrzeugkraftübertragungsstrang einschließlich Torsionseigenschaften (Antriebswelle), ein Kraftübertragungsstranganbringsystem, Aufhängungsbuchsen und/oder die Kombination eines Rads und eines Reifens sein.
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Das Flussdiagramm (b) entspricht dem Flussdiagramm (a), wobei es aber in die Frequenzdomäne umgewandelt worden ist. Dementsprechend gibt das ECU-Modell ein Drehmoment Tp(s) in der Frequenzdomäne aus, das in die umgewandelte mathematische Darstellung eingegeben wird. Die mathematische Darstellung kann durch eine Linearisierung und eine Laplace-Transformation (oder alternativ hierzu beispielsweise durch eine Fourier-Transformation) der mathematischen Darstellung des Flussdiagramms (a) erhalten werden. Dementsprechend gibt die umgewandelte mathematische Darstellung eine komplexe Antwort Gx(s) aus.
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Anders ausgedrückt kann von dem Fahrzeugmodell eine Übertragungsfunktion nach einem Linearisierungsvorgang und einer Umwandlung beziehungsweise Transformation in die komplexe Laplace-Domäne erhalten werden. Somit beschreibt die Übertragungsfunktion (das heißt die mathematische Darstellung) die Dynamik der virtuellen (simulierten) Antriebszeile und/oder des Fahrzeugs, jedoch in der (komplexen) s-Domäne und nicht in der Zeitdomäne.
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Der genannte Schritt der Linearisierung kann ein Entfernen von Diskontinuitäten, variablen Verstärkungen, Verzögerungen usw. aus der mathematischen Darstellung umfassen. Dieser Linearisierungsschritt kann in einer linearen Bewegungsgleichung der n-ten Ordnung resultieren.
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Nach dem Linearisierungsschritt wird die mathematische Darstellung eine lineare Gleichung einer Bewegung der n-ten Ordnung. Für jede vordefinierte Bedingung wird jedoch eine separate lineare Gleichung des Systemzustands definiert. Die Linearisierung selbst ist der Vorgang zum Umwandeln der nicht linearen Gleichungen einer Bewegung (oder einer äquivalenten mathematischengrafischen Darstellung in einer Software) in lineare Gleichungen einer Bewegung des Systems für diese spezifische Bedingung.
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Der genannte Schritt der Laplace-Transformation kann einen Domänenwechsel von der Zeit auf eine komplexe Variable s umfassen. Diese Variable s kann eine Frequenz und eine Dämpfung umfassen. Die gewöhnlichen Differenzialgleichungen (ODE beziehungsweise DGL) können ein Polynom ohne Ableitungen sein.
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Die ODE beziehungsweise DGL können als das Modell selbst in der zugehörigen mathematischen Form betrachtet werden. Dies sind die Gleichungen einer Bewegung (oder Bewegungsgleichungen), die einen Satz von Ausgaben als eine Funktion eines anderen Satzes von Eingaben definieren, sowie die Modellzustände und zugehörige Ableitungen in der Zeit. Die Tatsache, dass es sich um eine Funktion einiger Variablen und zugehöriger Ableitungen handelt, macht aus ihnen Differenzialgleichungen, die schwierig zu lösen sind. Eine Laplace- (oder eine ähnliche) Transformation erlaubt es, diesen Satz von Differenzialgleichungen als gewöhnliche Gleichungen (einer komplexen Variablen) ohne Ableitungen darzustellen, was deutlich einfacher zu lösen ist.
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Die komplexe Antwort Gx(s), die durch die umgewandelte mathematische Darstellung ausgegeben wird, kann als eine Kombination von Polen um die reale Achse Re(s) und die imaginäre Achse Im(s) in der s-Ebene beschrieben werden.
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Das Simulationsmodell (wünschenswerterweise ohne das Steuerungseinheitsmodell) kann ebenso als eine Regelstrecke bezeichnet werden. Die Regelstrecke kann eine beliebige Form aufweise (mathematischer Ausdruck, Softwaredarstellung, nicht linear oder linear, in der Zeitdomäne oder der komplexen Domäne usw.). Beispielsweise ist in dem vorliegenden Fall die 2-dimensionale (s-Ebenen-)Polpositionsdarstellung ein Weg zur Visualisierung der dynamischen Antwort dieser Regelstrecke auf eine vorgegeben beliebige Eingabe.
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3 zeigt drei Flussdiagramme (a) bis (c), die schematisch die Methodik zum Bestimmen der Kalibrierungswerte für die Drehmomentsteuerungsfunktion gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
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Das Flussdiagramm (a) zeigt die ursprüngliche Regelstreckenantwort Gx(s) in der komplexen Domäne (Regelstrecke, die als Pole in der s-Ebene charakterisiert ist) und die Antwort Gx(t) in der Zeitdomäne vergleichbar mit den Flussdiagrammen (a) und (b) gemäß 2.
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In diesem Flussdiagramm (a) gemäß 3 ist das Problem sichtbar, dass ein kontinuierlich zunehmendes und nachfolgend konstantes Eingangsdrehmoment Tp (vergleiche linkes Diagramm) in der Zeitdomäne in einer unerwünschten Antwort Gx(t) (vergleiche rechtes Diagramm) des Fahrzeugs und/oder der Antriebszeile resultiert, wie es durch die (umgewandelte beziehungsweise transformierte) mathematische Darstellung N(s)/D(s) simuliert wird.
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Die Eingangsdrehmomentform in 2 ist lediglich ein Beispiel. Im Allgemeinen kann eine sehr dynamische oder sich schnell ändernde Eingabe (entweder ein positiver oder ein negativer Gradient) in einer dynamische Ausgabe, das heißt einer Systemantwort resultieren. Diese spezifische Ausgabe ist ein Ergebnis des Systems, das Resonanzfrequenzen (durch die Polpaare dargestellt, die weit weg von der realen Achse in der s-Ebene angeordnet sind) umfasst und die als negativ durch den Fahrzeugbenutzer erfahren werden könnte. Der Zweck dieser Steuerungsfunktion und der Methodik, vorzudefinieren, ist es, in die Lage zu kommen, die Systemantwort entsprechend den Erfordernissen durch eine Modifikation des Eingangsdrehmoments zu entwerfen.
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Die (umgewandelte beziehungsweise transformierte) mathematische Darstellung N(s)/D(s) ist eine Darstellung einer Übertragungsfunktion mit N als Zähler und D als Nenner in der s-Domäne. Dies ist die Übertragungsfunktionsdarstellung des transformierten beziehungsweise umgewandelten linearen Regelstreckenmodells.
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Es kann eine Rationale von zwei Polynomen von s sein, die Wurzeln von D sind die Pole (Werte von s, für die N/D=∞ ist). Sie ist wünschenswerterweise lediglich eine Darstellung, wobei es andere alternative Wege zur Darstellung des Konzepts gibt.
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Der Nenner D(s) stellt wünschenswerterweise Informationen (beispielsweise durch eine Polposition) der Resonanzfrequenzen des Systems und zugehöriger unabhängiger Dämpfungsraten bereit.
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Insbesondere kann die Antwort Gx(t) möglicherweise nicht kontinuierlich zunehmen (sondern kann möglicherweise mehrere lokale Maxima umfassen), was aufgrund von Vibrationen beziehungsweise Schwingungen in der Antriebszeile, beispielsweise als eine Konsequenz von verstärkten Frequenzen aufgrund der Systemdynamikeigenschaften, wie es zuvor erklärt ist, der Fall sein kann.
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Aus diesem Grund wird eine gewünschte Antwort in der komplexen Domäne definiert, wie es in dem Flussdiagramm (b) gemäß 3 gezeigt ist. Dies kann erreicht werden, indem die Polpaare (vergleiche zweites rechtes Diagramm) neu angeordnet werden. Die sich ergebende Antwort Gx(t) in der Zeitdomäne (vergleiche rechtes Diagramm) weist eine Form entsprechend unseren Anforderungen auf (vergleiche linkes Diagramm).
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Um die Polpaare anzuordnen, kann die Methodik der Polpaarplatzierung verwendet werden. Diese Methodik kann auf dem Prinzip beruhen, dass, wenn das Dämpfungsverhältnis jedes Polpaars (Resonanzfrequenz oder Schwingungsmode) nahe an 1 ist, es kein (oder ein kleines oder akzeptables) Überschwingen, somit Oszillationen, in der Antwort geben wird. Das Dämpfungsverhältnis jedes Polpaars bezieht sich auf die zugehörige Position in der s-Ebene. Ein Ändern dieser Position bedeutet eine Erzeugung eines unterschiedlichen D-Teils der Übertragungsfunktion, das heißt ein Ändern der Regelstrecke, was lediglich in der Theorie möglich ist.
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Da die Regelstrecke N/D nicht geändert werden kann, kann ein effektiver Weg zur Vermeidung von unerwünschten Oszillationen bei der Ausgabe sein, die Frequenzen, die andernfalls durch die Regelstrecke verstärkt werden würden, von der Eingabe zu entfernen. Anders ausgedrückt ist der Zweck der Steuerungsfunktion, eine beliebige Eingangsdrehmomentform (mit einem zufälligen Frequenzinhalt) in eine modifizierte Drehmomentform umzuwandeln, in der einige der zugehörigen Frequenzen entfernt worden sind, sodass sie später nicht durch die Regelstrecke verstärkt werden. Die sich ergebende äquivalente dynamische Antwort ist die gleiche wie die einer theoretischen Regelstrecke mit maßgeschneiderten Polpositionen.
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Wie es ferner in dem Flussdiagramm (c) gezeigt ist, kann die gewünschte Antwort durch die mathematische Darstellung N(s)/D(s) (das heißt die linearisierte Funktion) in das entsprechende Eingangsdrehmoment des Systems übersetzt werden. Sobald das erforderliche Drehmoment definiert worden ist, können die Kalibrierungswerte der (Vorsteuerungs-) Drehmomentsteuerungsfunktion erhalten werden.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Kalibrieren einer Drehmomentsteuerungsfunktion gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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In Schritt S1 wird die mathematische Darstellung f(t) in eine Frequenzdomäne F(s) umgewandelt beziehungsweise transformiert. Dies kann durch eine Laplace- oder eine Fourier-Transformation ausgeführt werden, wünschenswerterweise mit dem vorangehenden Schritt einer Linearisierung.
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In Schritt S2 wird eine gewünschte Antwort Gx(s) der transformierten mathematischen Darstellung in der Frequenzdomäne definiert. Anders ausgedrückt wird die optimale Antwort des Simulationsmodells (das heißt der mathematischen Darstellung) berechnet.
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In Schritt S3 wird die gewünschte Antwort Gx(s) der mathematischen Darstellung in ein erforderliches Eingangsdrehmoment in der Zeitdomäne übersetzt. Anders ausgedrückt wird das Eingangsdrehmoment, das erforderlich ist, um die gewünschte Antwort Gx(s) zu erhalten, berechnet. Schritt S3 kann aus zwei Unterschritten bestehen. Zuerst wird das erforderliche Eingangsdrehmoment Tp(s) in der Frequenzdomäne bestimmt. Nachfolgend wird das Drehmoment Tp(s) in der Frequenzdomäne in das Drehmoment Tp(t) in der Zeitdomäne umgewandelt.
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Da das Simulationsmodell, das das Fahrzeug und/oder die Antriebszeile simuliert (das heißt die mathematische Darstellung), dem realen Fahrzeug und/oder der Antriebszeile entspricht, kann es nicht angepasst werden. Folglich wird das Eingangsdrehmoment angepasst, das die Eigenschaften der Antwort des Fahrzeugs und/oder der Antriebszeile beeinflusst.
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In Schritt S4 wird die Drehmomentsteuerungsfunktion auf der Grundlage des erforderlichen Eingangsdrehmoments kalibriert. Insbesondere kann/können der eine Kalibrierungswert oder mehrere Kalibrierungswerte (beispielsweise eine Kalibrierungsabbildung) auf der Grundlage des erforderlichen Eingangsdrehmoments (Tp(s) oder Tp(t)) bestimmt werden. Der Wert oder die Werte kann/können verwendet werden, um die Drehmomentsteuerungsfunktion anzupassen (das heißt zu kalibrieren).
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Beispielsweise kann der Kalibrierungsparameter eine Kalibrierungsabbildung sein, die verwendet wird, um eine maximale Vergrößerungs-/Verkleinerungsrate von Tp pro Berechnungsschritt in der ECU als eine Funktion des derzeitigen Tp-Werts zu erhalten. Dies bedeutet, dass die endgültige Kalibrierungsabbildung erhalten werden kann, indem die modifizierte Eingangsdrehmomentrate (das heißt die zugehörige Ableitung) als eine Funktion des modifizierten Eingangsdrehmoments dargestellt wird.
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Durch diesen analytischen Ansatz kann das am besten geeignete Systemdrehmoment für vordefinierte Antwortkriterien in einer Simulationsumgebung identifiziert werden. Durch ein Ableiten des gewünschten Systemeingangsdrehmoments können die Kalibrierungswerte (eine Abbildung) erhalten werden.
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Innerhalb der Beschreibung einschließlich der Patentansprüche sollte der Begriff „umfassend“ als Synonym zu „zumindest eines umfassend“ verstanden werden, solange es nicht anders angegeben wird. Zusätzlich sollte jeder Bereich, der in der Beschreibung einschließlich der Patentansprüche angegeben ist, so verstanden werden, dass er einen zugehörigen Endwert/zugehörige Endwerte umfasst, solange es nicht anders angegeben ist. Spezifische Werte für beschrieben Elemente sollten so verstanden werden, dass sie innerhalb angenommener Herstellungs- oder Industrietoleranzen, die einem Fachmann bekannt sind, liegen, wobei jede Verwendung des Begriffs „im Wesentlichen“ und/oder „näherungsweise“ und/oder „im Allgemeinen“ so verstanden werden sollte dass sie bedeuten, dass etwas in derartige angenommene Toleranzen fällt.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung hier unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es ersichtlich, dass diese Ausführungsbeispiele lediglich zur Veranschaulichung der Prinzipien und von Anwendungen der vorliegenden Offenbarung dienen.
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Es ist beabsichtigt, dass die Spezifikation und Beispiele lediglich als Beispiel betrachtet werden, wobei der wahre Umfang der Offenbarung durch die nachstehenden Patentansprüche angegeben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20130325285 [0004, 0005, 0006]
