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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung
eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, und insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf ein Steuersystem und Verfahren zur
Regelung der Drehmomentmenge, die einer Fahrzeugkraftübertragung
von dem Antriebsaggregat auferlegt werden kann, auf der Basis vorher
bestimmter Schwellendrehmomenthöhen
und einer Messung des momentanen Moments, die direkt von der Kraftübertragung
genommen wird.
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STAND DER TECHNIK
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Alle
Fahrzeuggetriebe sind so ausgelegt, dass sie bis zu einer maximalen
Eingangsmomenthöhe
sicher funktionieren. Genauer gesagt ist es möglich, für jedes einzelne Übersetzungsverhältnis eines
vorgegebenen Getriebes ein maximales Momentniveau zu definieren.
Offensichtlich können
verschiedene Übersetzungsverhältnisse
eines Getriebes sehr unterschiedliche momentane Momentaufnahmevermögen haben.
Beispielsweise wird das Übersetzungsverhältnis für einen
direkten Antrieb (d. h. 1:1) normalerweise ohne Drehmomentübertragung über in Eingriff
stehende Zahnräder
erhalten; das Drehmoment wird direkt durch das Getriebe und nicht über eine
Gegenwelle übertragen.
Aus diesem Grund überschreitet
das momentane Momentaufnahmevermögen
eines Direktantriebsübersetzungsverhältnisses
die Drehmomentaufnahmevermögen der
anderen Übersetzungsverhältnisse
in starkem Maße.
Der maximale Momenteingangswert, bei dem alle der wählbaren Übersetzungsverhältnisse
sicher funktionieren wird als „Nenneingangsmomentaufnahmevermögen" bezeichnet.
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Um
Betriebsbwedingungen zu vermeiden, in denen das Momentaufnahmevermögen des
Getriebes überschritten
wird, muss das Getriebe bezüglich des
Motors überausgelegt
werden, so dass der maximale Momenteingangswert, bei dem alle wählbaren Übersetzungsverhältnisse
sicher funktionieren, höher
ist als das maximale Motordrehmoment. Dies bedeutet, dass die Masse
der Getriebekomponenten höher
ist, als es in den meisten Umständen
erforderlich ist, wodurch sich höhere
Kosten des Getriebes ergeben als es sonst erforderlich wäre. Alternativ
ist es auch möglich,
das Ausgangsmoment des Motors so zu begrenzen, dass es den maximalen
Momenteingangswert nie überschreitet,
bei dem alle wählbaren Übersetzungsverhältnisse
sicher funktionieren. Dies kann entweder durch Wahl des Motors mit
einer geeigneten Wirkleistung oder dadurch erreicht werden, dass
der Motor so gesteuert wird, dass er nie das Drehmomentaufnahmevermögen des
Getriebes überschreitet.
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Normalerweise
sind moderne Kraftfahrzeuge und insbesondere schwerere kommerzielle
Fahrzeuge mit einem Motorsteuergerät ausgestattet, das das Motorausgangsmoment
auf der Basis verschiedener Parameter verwaltet, einschließlich beispielsweise der
Position des Gaspedals, der Motordrehzahl, der Motorlast oder dem
Fahrtregelungsstatus. Es wurde bereits vorgeschlagen, das Ausgangsmoments
eines Verbrennungsmotors unter Antriebsbedingungen unter Berücksichtigung
anderer Parameter, u. a. unter Berücksichtigung des Momentaufnahmevermögens der
Kraftübertragung,
zu regeln. Um Betriebsbedingen zu vermeiden, in denen das Momentaufnahmevermögen des
Getriebes überschritten
wird, begrenzt das Motorsteuergerät das Ausgangsmoment des Motors
auf einen maximalen Momentwert, der geringer oder gleich dem Nenneingangsmomentaufnahmevermögen sein
muss. Wie z. B. in der
E 0 833
042 wurde auch vorgeschlagen, die Tatsache zu berücksichtigen,
dass das absolute Momentaufnahmevermögen einzelner Getriebeübersetzungsverhältnisse eines
Getriebes variieren können,
und dann das Motormoment auf der Basis des momentanen Übersetzungsverhältnis so
zu steuern, dass das Motormoment nie das spezifische Momentaufnahmevermögen des
derzeit eingerückten Übersetzungsverhältnisses überschreitet.
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Eine
ansteigende Anzahl von Fahrzeugführern
hat sich dazu entschlossen, ihre Motoren zu tunen, so dass sie eine
Leistung liefern, die größer ist als
die Leistung für
die die Motoren ursprünglich
konstruiert wurden. Normalerweise wird das Kraftübertragungsmoment vorhergesagt
oder geschätzt
auf der Basis von gemessenen oder auf andere Weise bestimmten physikalischen
Bedingungen und Leistungsbedingungen des Motors. Aufgrund des Tunens können die
vorhersagenden Informationen, die von dem Motorsteuergerät bezüglich solcher
Dinge wie Drosselöffnung
und Motorleistung geliefert werden, nicht länger als so zuverlässig betrachtet
werden, wie es vor der Modifikation der Fall war. Deshalb ist es praktisch
unmöglich,
das Motorausgangsmoment mit einer herkömmlichen Motorsteueranordnung
geeignet zu begrenzen, und die Kraftübertragungskomponenten können leiden,
was in einer schlechten Kraftübertragungslebensdauer
resultiert.
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Andere
Probleme entstehen, wenn der Motor zum Bremsen der Kraftübertragung
verwendet wird. Verschiedene Verfahren zur Verwendung des Motors als
Last zum Bremsen der Kraft übertragung
sind bekannt. In dem Motorbremsmodus kann jedoch das durch den Motor
aufgebrachte gelieferte Bremsmoment nicht genau gesteuert werden.
Deshalb überschreitet
das Motorbremsmoment oft das Momentaufnahmevermögen des eingerückten Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes. Das Motorbremsmoment währen des Schubbetriebes sollte
eine Funktion des Ladedrucks oder der Einstellung der Motorkompressionsbremsen
sein. Das aufgebrachte Drehmoment kann deshalb theoretisch durch
Verwendung eines Ladedrucksignals und einer momentanen Einstellung
der Motorkompressionsbremsen bestimmt werden, wie es in dem
U. S. Patent Nr. 5,921,883 vorgeschlagen
wird. Dies erfordert, dass eine solche Funktion im Voraus in dem
Motorsteuergerät
gesetzt wird. Wenn der Motor nach der Herstellung getunt wird, wird
jedoch auch hier die gesetzte Funktion unzuverlässig.
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Alternativ
ist es möglich,
die Motorverzögerungskraft
auf der Basis von Newtons zweitem Gesetz F = Mc·A zu schätzen, wobei
F die Verzögerungskraft
ist, Mc die effektive Masse des Fahrzeugs ist,
und A die Motor- oder Fahrzeugbeschleunigung ist. Dieses Verfahren
ist jedoch nicht anwendbar, wenn die Masse des Fahrzeugs nicht mit
ausreichender Genauigkeit bestimmt werden kann, wies es bei Frachttransportlastwägen der
Fall ist, wo sie abhängig
von der zu befördernden
Last stark variieren kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorstehenden Nachteile bekannter Systeme und Verfahren werden durch
die vorliegende Erfindung angegangen. Insbesondere hat die Erfindung
das Ziel, das Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs so zu steuern,
dass eine Beschädigung
der Kraftübertragung
vermieden wird oder wenigstens Übermomentbedingungen
in der Kraftübertragung auf
für den
Bediener akzeptable Niveaus gesteuert werden.
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Bei
wenigstens einer Ausführungsform
hat die vorliegende Erfindung die Form eines Verfahrens zur Steuerung
des momentanen Drehmoments in einer Kraftübertragung eines Landkraftfahrzeugs.
Auf bekannte Weise umfasst das Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang,
der mit wenigstens einem am Boden angreifenden Antriebsrad über eine
Kraftübertragung verbunden
ist. Die Kraftübertragung
umfasst wenigstens ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis, wobei
sie außerdem
bevorzugt auch Eingangswellen und Ausgangswellen umfasst, die dem Getriebe
zugeordnet wirken. Es sollte bewusst sein, dass in diesem Kontext
Antriebsaggregat verwendet wird, um nicht nur einen Motor zu umfassen,
typischerweise einen Verbrennungstyp, sondern auch zugeordnete Untersysteme,
die mit dem Hauptmotor zusammenwirken, um ein Moment zu erzeugen,
das auf die Kraftübertragung
aufgebracht wird. Das Verfahren umfasst das Nehmen einer direkten,
nicht vorhersagenden Messung eines momentanen Moments, das in der
Kraftübertragung
des Kraftfahrzeugs induziert wird, und die Ermittlung von dessen Größe. Ein
solches direktes Nehmen einer nicht vorhersagenden Messung eines
momentanen Moments in der Kraftübertragung
ist beispielsweise in dem
U. S.
Patent Nr. 6,487,925 offenbart. Diese Messung des momentanen
Moments kann den Vorhersageverfahren entgegengesetzt werden, die
oben stehend bezüglich
bereits bekannter und minderwertiger Steuersysteme beschrieben wurden,
die Ungenauigkeiten unterworfen sind, insbesondere nachdem Modifikationen
an dem Antriebsaggregat nach der ursprünglichen Herstellung durchgeführt wurden,
insbesondere solche die als „Tuning" des Motors zum Erhalt
einer größeren Ausgangsleistung
bezeichnet werden. Das Verfahren zieht auch die Ermittlung einer
Größe eines
Momentbedarfs in Betracht, der in der Kraftübertragung vorhanden sein soll.
Typischerweise wird dieser Momentbedarf entweder direkt durch die
Bedienungsperson oder in seinem oder ihrem Auftrag beispielsweise über ein
Tempomatsteuersystem hergestellt. Im Falle eines direkten Befehls wird
dies in der Regel durch von der Bedienungsperson manipulierbare
Fußpedale
geschaffen. Der Fachmann wird jedoch leicht erkennen, dass es eine Vielzahl
von Arten gibt, durch die solche Befehle kommuniziert werden können. Die
ermittelte Größe der genommenen
direkten, nicht vorhersagenden Messung eines momentanen Moments
wird mit einer von der Kraftübertragungs-Konfiguration abhängigen maximalen
Momentschwelle verglichen. Auf diese Weise wird ein darauf basierender
Zustand mit über der
Schwelle liegendem Moment in der Kraftübertragung ermittelt, wenn
ein solcher Zustand existiert. Ein leicht zu erkennendes Beispiel
einer solchen Variabilität
der Kraftübertragungskonfiguration
lässt sich
in den verschiedenen Konfigurationen finden, die durch Getriebe
mit variablem Übersetzungsverhältnis möglich sind.
In einem Ausführungsbeispiel
kann die Variabilität
im Falle mehrstufiger Getriebe für
den Eingriff verschiedener Übersetzungen
gelten. Falls ein solcher Zustand mit über der Schwelle liegendem Moment
erfasst wird, spezifiziert diese Ausführungsform der Erfindung, dass
wenigstens einer von verschiedenen möglichen Effekten zur Kompensierung eines über der
Schwelle liegenden Moments angewandt wird, um den überschüssigen Teil
des Moments zu reduzieren oder zu verkleinern. Es wird in Betracht
gezogen, dass die heilende Maßnahme
aus verschiedenen Möglichkeiten
gewählt
werden kann, die die Rekonfigurierung des Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis und/oder
die Reduzierung eines von dem Antriebsaggregat induzierten Moments
der Kraftübertragung
umfassen. Im ersten Fall könnte
die Rekonfigurierung des Getriebes die Veränderung von Gängen in
einem mehrstufigen Getriebe oder die Veränderung der Konfiguration eines
fortlaufend variablen Getriebes umfassen. Wenn das durch das Antriebsaggregat
induzierte Moment reduziert wird, kann im Falle einer positiven
Drehmomentaufbringung der Leistungsausgang reduziert werden, oder im
Falle einer negativen Momentauferlegung, die allgemein als Motorbremsmodus
bezeichnet wird, kann ein Widerstandsmoment oder Schleppmoment verringert
werden. Es sollte zu erkennen sein, dass die hier zuvor beschriebenen
Heilmaßnahmen
nur durchgeführt
werden, wenn Zustände
mit über
der Schwelle liegendem Moment erfasst werden. Die Nachfrage nach
solchen Zuständen
wird fortlaufend durchgeführt,
die korrektiven Maßnahmen
können
jedoch nur durchgeführt
werden, wenn der beeinträchtigende
Zustand eines über
der Schwelle liegenden Moments besteht.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren vor der Wahl der Rekonfigurierung
des Getriebes mit variabler Übersetzung
die Bestimmung, dass, basierend auf bestehenden Fahrzeugbetriebsbedingungen
und der Größe des Momentbedarfs,
der in der Kraftübertragung
vorhanden sein soll, eine Vielzahl von akzeptablen Konfigurierungen
des Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis bestehen,
die den ermittelten Zustand mit über
der Schwelle liegendem Moment in der Kraftübertragung verringern. Für den Fachmann ist
zu erkennnen, dass bei einem Satz von existierenden Fahrzeugfahrzuständen und
entsprechenden Antriebsstrangbetriebsbedingungen Veränderungen aller
möglichen
Getriebekonfigurationen entweder aus System- oder Komfortgründen nicht
immer möglich
sind. Auf jeden Fall kann der Einfluss der Rekonfiguration einiger
und aller möglicher
Kraftübertragungskonfigurationen
für die
vorherrschenden Fahrzeugfahrbedingungen bestimmt werden. Nachdem dies
getan ist und eine Anordnung von Rekonfigurationswahlmöglichkeiten
geschaffen wurde, zieht diese Ausführungsform der Erfindung unter
der Vielzahl von akzeptablen Konfigurationen des Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis die
Wahl eines in Betracht, das am besten zu den vorher bestimmten Betriebskriterien
passt. In diesem Kontext wird „am besten
passen" verwendet,
um eine optimierte Befriedigung der Steuerkriterien anzuzeigen,
wie z. B. einen maximierten Komfort oder eine minimierte Induzierung
eines Moments über
der Schwelle in der Kraftübertragung.
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In
einem zugeordneten Aspekt zieht die Erfindung in Betracht vor dem
Wählen
der Rekonfiguration des Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis zu
bestimmen, dass, basierend auf bestehenden Fahrzeugbetriebsbedingungen
und der Größe des Momentbedarfs,
der in der Kraftübertragung
vorhanden sein soll, wenigstens eine akzeptable Konfiguration des
Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis besteht,
die den ermittelten Zustand mit über
der Schwelle liegenden Moment in der Kraftübertragung verringert. Es könnte möglich sein,
dass die vorteilhafteste Konfiguration bereits vorherrscht und dass
kein Vorteil durch die Rekonfiguration der Kraftübertragung zu erreichen ist.
Es sollte bewusst sein, dass der Ausdruck „verringern" nicht unbedingt die
Beseitigung der überschüssigen Momentinduzierung
erfordert, sondern sich einfach auf eine Verkleinerung des überschüssigen Teils
bezieht. Nachdem die erforderlichen Bestimmungen durchgeführt werden,
wird dann die Rekonfiguration an dem Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis auf
wenigstens eine akzeptable Konfiguration des Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis bewirkt,
die bestimmt wurde, um den festgestellten Zustand mit über der
Schwelle liegendem Moment in der Kraftübertragung zu verringern.
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Wie
oben erwähnt
wird vorteilhafterweise eine Momentsensorvorrichtung oder ein an
der Kraftübertragung
positionierter Sensor zur Messung des momentanen Moments verwendet,
das in der Kraftübertragung
des Kraftfahrzeugs induziert wird, wie z. B. der, der in dem
U. S. Patent Nr. 6,487,925 offenbart
ist.
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Wenn
die erfindungsgemäße Lehre
zum Schutz der Kraftübertragung
angewendet wird, wird ein Tunen des Antriebsaggregats im Rahmen
eines sekundären
Markts möglich,
wodurch eine größere Ausgangsleistung
des Antriebsaggregats erhältlich wird,
ohne das Risiko einer schädigenden
Beeinflussung der Kraftübertragung
des Kraftfahrzeugs.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
erleichtert die Implementierung dieser Steuermaßnahmen das Paaren eines Antriebsaggregats
mit Überleistung
mit einer Kraftübertragung
deren Aufnahmevermögen
relativ hierzu darunter liegt. Da die erlaubte Drehmomentschwelle
eingestellt werden kann, können
Anwender, die das Wissen haben und eine Überlast an ihrer Kraftübertragung
akzeptieren, um eine größere Ausgangsleistung
zu erhalten, dies tun.
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In
verwandter Hinsicht werden spiralförmige Leistungszusammenbrüche, die
bei bereits bekannten Kraftübertragungsschutzsystemen
zu bemerken sind, vermieden, da eine momentane Momentmessung von
der Kraftübertragung
genommen wird,. Wie oben beschrieben wurde, sind Schutzsysteme bekannt,
die beispielsweise die Induzierung eines Moments der Kraftübertragung
verhindern, das über dem
Nennaufnahmevermögen
liegt. Wenn jedoch der Motor so getunt werden würde, dass er eine größere Ausgangsleistung
entwickelt, oder der Motor so modifiziert würde, dass vorhersagende Betriebsmerkmale
des Motors einen größeren Momentausgang
anzeigen würden,
als tatsächlich
geliefert würde,
würden
frühere
Schutzsysteme, die auf diesen motorbasierten, vorhersagenden Kennlinien
anstatt auf aktuellen Messungen des Moments der Kraftübertragung
basieren, weiter die aufgebrachte Leistung in einer nach unten spiralförmig verlaufenden Steuerschleife
reduzieren.
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Da
die Steueranordnung der vorliegenden Erfindung ein programmierbares
Computersteuergerät
ist, kann der Steueralgorithmus zur Erzeugung von Antriebsstrangeigenschaften
ausgelegt werden, die von dem Nutzer gewünscht sind. Deshalb können weitere
Zustände
und Betriebsmerkmale bei der Anwendung der Steuerstrategie in Betracht
gezogen werden. Als ein Beispiel zieht die Erfindung optional die
Reduzierung der maximal erlaubten Momentschwelle auf der Basis einer
Bestimmung in Betracht, dass die Kraftübertragung nicht vollständig unterbrochen
ist und deshalb für
schädigende
Wirkungen des auferlegten Moments mehr empfänglich ist. In verwandter Hinsicht
kann die maximale Momentschwelle auf der Basis der Temperatur der
Kraftübertragung eingestellt
werden. Wenn sie unterhalb einer vorgeschriebenen Betriebstemperaturschwelle
liegt, kann die maximal erlaubte Momentinduzierung entsprechend
reduziert werden. Dies berücksichtigt
die Tatsache, dass eine Kraftübertragung,
die noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht hat, nicht Momenten ähnlicher
Größe widerstehen
kann, wie ein vollständig
erwärmter
Antriebsstrang. Ein ähnlicher
Aspekt berücksichtigt,
dass eine Kraftübertragung,
bei der eine Differentialverbindung gesperrt ist, größeren Momentauferlegungen
ohne schädigende
Auswirkungen widersteht, als ungesperrte Konfigurationen. Deshalb
kann die maximale Momentschwelle entsprechend erhöht werden.
In einem zugeordneten Aspekt kann die Steuerstrategie so konfiguriert
werden, dass sie eine Vorspannung in Richtung solcher gesperrter
Konfigurationen eines Differentials umfasst, wodurch größere Momentinduzierungen
in der Kraftübertragung
erlaubt sind.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen der
Erfindung hatten ihren Hauptfokus auf Kraftübertragungen, die in einem
Leistungsmodus wirken, die Erfindung zieht jedoch auch die Verwendung
in Motorbremsmodi in Betracht. Aufgrund der möglichen Steuerstrategien ist
eine größere Motorbremsleistung
möglich,
wobei die Tatsache berücksichtigt
wird, dass die Lebensdauer der Kraftübertragung entsprechend beeinflusst
wird. Auf entgegengesetzte Weise kann die Schwelle maximalen Moments
reduziert werden, wodurch die Motorbremsleistung reduziert wird,
jedoch die Lebensdauer der Kraftübertragung erhöht wird.
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Wie
oben diskutiert wurde, ist erkennbar, dass eine Vielzahl von akzeptablem
Schwellmomentaufnahmevermögen
der Kraftübertragung
bestimmt werden kann, die jeweils von diskreten und unterschiedlichen
Konfigurationen des Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis abhängen. Unter
den verschiedenen Konfigurationsmöglichkeiten gibt es jedoch
typischerweise eine Übersetzungsverhältniskonfiguration,
die eine am wenigsten überschüssige Momentgröße erzeugt,
gemessen auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem bestimmten
Drehmomentbedarf und der Vielzahl von Schwellmomentaufnahmevermögen. So bald
die vorteilhafteste Konfiguration identifiziert ist, kann sie daraufhin
angenommen werden, wodurch ein minimales über der Schwelle liegendes
Moment ausreichend ist, um die Momentanforderungsgröße zu erfüllen und
die Kraftübertragung
mechanisch zu schützen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Andere
Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
spezieller Ausführungsformen
der Erfindung deutlicher, die nur nicht beschränkende Beispiele darstellen
und in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt sind, in denen
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1 eine
schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einer Antriebsstrangsteuervorrichtung
gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist,
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2 ein
Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels
eines Softwarealgorithmus für
das Antriebsstrangsteuersystem zur Steuerung des Motormoments ist,
wie schematisch in 1 gezeigt,
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3 ein
Ablaufdiagramm ist, das eine Unterroutine der Softwareroutine von 2 darstellt,
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4 ein
Ablaufdiagramm ist, das eine andere Subroutine der Softwareroutine
von 2 darstellt, und
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5 ein
Ablaufdiagramm ist, das eine Modifizierung einer Subroutine der
Softwareroutine von 2 darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend
auf 1 ist ein Antriebsstrang 10 gezeigt,
der ein Antriebsaggregat, typischerweise in Form eines Verbrennungsmotors 12, und
eine Kraftübertragung 14 für eine Übertragung einer
Motorkraft auf einen Satz von Antriebsrädern 16 umfasst. Die
Kraftübertragung 14 umfasst
(enthält,
ist jedoch nicht darauf beschränkt)
ein wenigstens halbautomatisches Getriebe 18, eine Hauptkupplung 20,
die zwischen dem Motor 12 und dem Automatikgetriebe 18 angeordnet
ist, und eine Kardanwelle 22 für eine Übertragung einer Kraft auf
ein Querdifferential 24, das die Kraft auf den Satz von
linken und rechten Antriebsrädern 16 verteilt.
Leistungsverwender in Form von Leistungsabzweigungen können auch
enthalten sein, sie sind jedoch nicht in den Zeichnungen gezeigt.
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Ein
Antriebsstrangsteuersystem 30 wird zur Steuerung und Verwaltung
des Betriebs des Verbrennungsmotors 12 und der Kraftübertragungskomponenten
verwendet. Das Antriebsstrangsteuersystem 30 umfasst eine
Motorsteuereinheit 32, die mit einer Kraftstoffsteuerun tereinheit 34 und
einer Motorbremssteueruntereinheit 36 versehen ist, eine
Getriebesteuereinheit 38 und eine Momentbegrenzungssteuereinheit 40,
die miteinander verbunden sind, um nach Bedarf Informationen auszutauschen. Die
Motorsteuereinheit 32 ist mit einer Fahrerschnittstelle 42 mit
Sensoren zur Erfassung der Position eines Gaspedals 44,
eines Getriebewählhebels 46 und einem
oder mehreren Motorbremswahlschaltern 48 verbunden. Die
Motorsteuereinheit 32 reagiert auf den Gaspedalsensor zur
Bestimmung einer entsprechenden Grundmomentanforderung. Das Antriebsstrangsteuersystem
kann außerdem
eine Tempomatuntereinheit zur Lieferung einer Tempomatmomentanforderung
umfassen.
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Die
Kraftstoffsteueruntereinheit 34 steuert eine Drosselöffnungsprozentzahl
der Motordrossel 50 und für eine Versorgung des Motors 12 mit
Kraftstoff in Ansprechung auf eine Momentanforderung, die durch
die Motorsteuereinheit geliefert wird.
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Die
Motorbremssteueruntereinheit 36 steuert Auslassventilstellglieder
für die
Auslassventile jedes Zylinders des Motors, um auf bekannte Weise
auf der Basis eines Motorbremsbefehlssignals zu schaffen. Um das
Motorbremsmoment zu verringern, ist die Motorbremssteuerungseinheit 36 zur
Steuerung der Anzahl von Zylindern operativ, die einem Motorbremsbetriebs
unterworfen werden. Wenn dies nicht ausreichend ist, kann die Motorbremssteuereinheit zur
Aktivierung einer oder mehrerer Motorzubehörelemente aktiviert werden,
z. B. der Klimaanlage oder des Motorkühllüfters.
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Das
Antriebsstrangsteuersystem 30 ist außerdem mit einem Drehmomentsensor 52 verbunden,
der stromabwärts
der Hauptkupplung 20 entweder zwischen der Hauptkupplung 20 und
dem Getriebe oder an einer anderen Stelle der Kraftübertragung,
beispielsweise an der Kardanwelle 22 angeordnet ist.
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Die
Getriebesteuereinheit 38 ist zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes und zur Lieferung von Informationen über das derzeit
eingerückte Übersetzungsverhältnis einsetzbar.
Alternativ ist das Antriebsstrangsteuersystem auch zur Bestimmung
des derzeit eingerückten Übersetzungsverhältnisses
auf der Basis eines Verhältnisses
der durch einen Drehzahlsensor 53 gemessenen Drehzahl der
Getriebeausgangswelle und der durch einen Drehzahlsensor (nicht
gezeigten) gemessenen Drehzahl der Getriebeeingangswelle einsetzbar.
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Die
Momentbegrenzungssteuereinheit 40 umfasst einen ersten
Speicher 54 der Daten in einer ersten Matrix enthält, die
für jedes
Vorwärts-
und Rückwärtsübersetzungsverhältnis ein positives
Momentaufnahmevermögen
darstellt, das nicht überschritten
werden soll, und einen zweiten Speicher 56, der Daten in
einer zweiten Matrix enthält,
die für
jedes Vorwärts- und Rückwärtsübersetzungsverhältnis ein
negatives Momentaufnahmevermögen
repräsentiert,
das nicht überschritten
werden sollte. Zum Zwecke der Beschreibung wird angenommen, das
die Momentwerte gekennzeichnete Werte sind, die positiv sind, wenn
das Moment von dem Motor auf die Fahrzeugräder übertragen wird (Antriebsmoment) und
negativ sind, wenn der Motor als Last wirkt und die Kraftübertragung
bremst (Bremsmoment).
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Ein
Service- oder Kalibrierungsgerät 58 kann an
das Antriebsstrangsteuersystem über
einen Eingangs/Ausgangsport 60 angeschlossen werden, und kann
zur Programmierung oder Wiederprogrammierung des Antriebsstrangsteuersystems 30 mit
Kalibrierungsdaten und/oder einer ausführbaren Software verwendet
werden.
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Nun
bezugnehmend auf 2 ist eine Ausführungsform
eines Softwarealgorithmus 100 des Antriebsstrangsteuersystems
zur Steuerung des Motormoments gezeigt. Dieser Algorithmus 100 sollte vorzugsweise
ein oder mehrere Male pro Sekunde wiederholt werden. Zur Beschreibung
des Betriebs des Algorithmus wird angenommen, dass der Algorithmus
durch die Momentbegrenzungssteuereinheit durchgeführt wird,
obwohl die vorliegende Erfindung in Betracht zieht, dass der Algorithmus
auch durch irgendeine Einheit eines Antriebsstrangsteuersystems durchgeführt werden
kann, oder dass verschiedene Schritte des Algorithmus in verschiedenen
Einheiten des Antriebstrangsteuersystems ausgeführt werden können, vorausgesetzt
die geeigneten Information werden zwischen den Einheiten des Antriebstrangsteuersystems
geteilt.
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Der
Algorithmus 100 startet bei Schritt 102. Bei Schritt 104 werden
verschiedene Signale von Sensoren gemessen und umfassen beispielsweise: Einen
gemessenen momentanen Kraftübertragungsmomentwert
TM von dem Drehmomentsensor 52,
ein Anforderungsmoment, beispielsweise aus Bedienersteuerpedalpositionen über einen
oder mehrere Pedalpositionssensoren gemessen, ein Signal ETR des eingerückten Übersetzungsverhältnis, ein
Getriebeeingangswellendrehzahlsignal, eine Drehzahl der Getriebeausgangswelle
oder der Kardanwelle, Vout, einen Getriebeöltemperatur-Signalwert θ0, und ein Signal von dem Mororbremswahlschalter
EBSS. Die Drehzahl der Getriebeausgangswelle Vout kann
auch auf der Basis eines Drehzahlsignals eines Antriebsraddrehzahlsensors
bestimmt werden. Zur Vereinfachung wird angenommen, dass der gemessene
momentane Kraftübertragungsmomentwert
TM das Drehmoment an der Getriebeeingangswelle
darstellt. Wenn der Drehmomentsensor stromabwärts des Getriebes angeordnet
ist, ist es notwendig, das Drehmoment sensorsignal mit dem effektiven Übersetzungsverhältnis ETR
zu multiplizieren, um den gemessenen Kraftübertragungsmomentwert TM zu erhalten. Bei Schritt 106 wird
entschieden, ob der Motor in einem Motorbremsmodus betrieben werden
soll. Diese Entscheidung wird vorzugsweise auf der Basis der Position
eines durch den Bediener gesteuerten Wahlschalters und die Position
der Bedienerpedale getroffen. Wenn das Gaspedal freigegeben ist
und einer der Wahlschalter angeschaltet ist, wird beispielsweise
entschieden, zu der Motorbremsmodusunterroutine 108 abzuzweigen,
die nachstehend näher
erläutert
wird. Sonst zweigt der Algorithmus zu der Antriebsmodusunterroutine 110 ab.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Antriebsmodusunterroutine 110 wird anhand von 3 beschrieben.
An einem Schritt 112 wird auf bekannte Weise eine positive
Grundfahrermomentanforderung TPB auf der
Basis der Position des Gaspedals und/oder des Ausgangs der Tempomatuntereinheit
bestimmt. Die Tempomatuntereinheit sollte jedoch als rein optional
betrachtet werden. Vorzugsweise ruft Schritt 112 eine Unterroutine
auf, die in der Motorsteuereinheit durchgeführt wird und die positive Grundfahrermomentanforderung
TPB zurückgibt.
Die Grundmomentanforderung TPB kann als
Funktion verschiedener Parameter berechnet werden, die sich auf
den Motor selbst, (Motordrehzahl, Motortemperatur, Abgastemperatur,
Druck, Drosselöffnung,
usw.), auf andere Komponenten des Fahrzeugs (Einrücken der
Hauptkupplung, ABS Signale, Einrücken
eines Allradantriebsmodus usw.) sowie auf Umgebungsfaktoren (Anti-Schlupf-Regelung
(ASR), Fahrzeuggeschwindigkeit, Erfassung einer rutschigen Straßenoberfläche) beziehen.
Bei Schritt 114 liest der Algorithmus in der ersten Matrix
das positive Momentaufnahmevermögen
TPC, das dem eingerückten Übersetzungsverhältnis ETR
entspricht. Der gemessene Drehmomentwert TM wird
dann mit dem positiven Momentaufnahmevermögen TPC bei
Schritt 115 verglichen, um zu bestimmen, ob das Aufnahmevermögen überschritten
worden ist oder nicht. Wenn das Momentaufnahmevermögen TPC nicht überschritten wurde, zweigt
der Algorithmus bei Schritt 116 ab und setzt den momentanen
positiven Momentwert TPA gleich dem positiven
Grundmomentwert TPB vor der Rückkehr zu
der Aufrufroutine. Wenn er tatsächlich überschritten
worden ist, zweigt der Algorithmus bei Schritt 118 ab,
um zu bestimmen, ob es ein erhältliches
Getriebeübersetzungsverhältnis ATR
gibt, das sowohl mit der Drehzahl der Getriebeausgangswelle oder
der Kardanwelle als auch mit dem gemessenen Momentwert TM kompatibel wäre. Wenn ein solches Übersetzungsverhältnis identifiziert
werden kann, dann wird die momentane positive Momentanforderung
TPA bei Schritt 120 der positiven
Grundmomentanforderung TPB gleichgesetzt
und der Algorithmus geht zu Schritt 122 weiter. Dann wird
der Getriebesteuereinheit ein Signal zum Einrücken des identifizierten Übersetzungsverhältnisses
gesandt. Danach kehrt die Unterroutine zu der Aufrufroutine zurück. Wenn
andererseits kein Übersetzungs verhältnis mit dem
gemessenen Drehmomentwert TM kompatibel ist,
wird die momentane positive Momentanforderung TPA in
dem Schritt 124 dem Momentaufnahmevermögen TPC gleichgesetzt
und der Algorithmus kehrt zu der Aufrufroutine zurück. Die
Ausführung
des Algorithmus 100 wird danach fortgesetzt, um die momentane
Momentanforderung an die Kraftstoffsteueruntereinheit 34 zu
liefern.
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Der
Bremsmomentmodus 108 wird nun anhand von 4 beschrieben.
Die negative Grundmomentanforderung TNB wird
zunächst
in Schritt 130 wenigstens teilweise auf der Basis der Position
der Wahlschalter bestimmt. Der Algorithmus geht zum Schritt 132 weiter,
um in der zweiten Matrix das negative Momentaufnahmevermögen TNC der Kraftübertragung zu lesen. Ein gemessener
Momentwert TM wird dann bei Schritt 134 mit
dem negativen Momentaufnahmevermögen
TNC verglichen, um zu bestimmen, ob das
negative Momentaufnahmevermögen überschritten
wurde oder nicht. Wenn das Momentaufnahmevermögen TNC nicht überschritten
wurde, zweigt der Algorithmus zu Schritt 136 ab und setzt den
momentanen negativen Momentwert TNA gleich dem
negativen Grundmomentwert TNB bevor zu der Aufrufroutine
zurückgekehrt
wird. Wenn das Momentaufnahmevermögen TNC tatsächlich überschritten
wurde, zweigt der Algorithmus bei Schritt 138 ab, um zu
bestimmen, ob es ein erhältliches Übersetzungsverhältnis ATR
gibt, das sowohl mit der Drehzahl der Getriebeausgangswelle oder
Kardanwelle als auch mit dem gemessenen Momentwert TM kompatibel
wäre. Wenn
ein solches Übersetzungsverhältnis identifiziert
werden kann, dann wird die momentane negative Momentanforderung
TNA in dem Schritt 140 der negativen
Grundmomentanforderung TNB gleichgesetzt
und der Algorithmus geht zu Schritt 142 weiter. Dann wird
ein Befehl an die Getriebesteuereinrichtung gesandt, um das identifizierte Übersetzungsverhältnis einzurücken. Danach
kehrt die Unterroutine zu der Aufrufroutine zurück. Wenn andererseits kein Übersetzungsverhältnis mit
dem gemessenen Momentwert TM kompatibel
ist, wird die momentane negative Drehmomentanforderung TNA dem Momentaufnahmevermögen TNC in
Schritt 144 gleichgesetzt und der Algorithmus kehrt zu
der Aufrufroutine zurück.
Die Ausführung
des Algorithmus 108 wird weiter durchgeführt, um
die momentane negative Drehmomentanforderung TNA auf
die Motorbremssteuereinheit 36 zu übertragen.
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Zusätzlich zu
dem eingerückten Übersetzungsverhältnis können andere
Parameter verwendet werden, um das Motorbremsmomentaufnahmevermögen zu bestimmen.
Beispielsweise kann das Momentaufnahmevermögen auf der Basis sowohl des
eingerückten Übersetzungsverhältnisses
als auch eines Parameters bestimmt werden, der einen Einfahrzustand
des Getriebes repräsentiert.
Der Einfahrzustand kann durch Verwendung eines Fahrzeugdistanzmessers
oder eines Wellendrehzahlzählers
festgestellt werden, der fortlaufend während der Lebensdauer des Betriebes
inkrementiert wird. Es kann sich auch als nützlich beweisen, einen Einfahrparameter
für jedes
individuelle Übersetzungsverhältnis zu
bestimmen. In einem solchen Fall kann die Anzahl der Umdrehungen
der Kardanwelle gezählt und
individuell in einer Matrix für
jedes Übersetzungsverhältnis gespeichert
werden. Zusätzlich
oder alternativ kann es sich auch als vorteilhaft herausstellen,
den Warmlauf des Getriebes und der Kraftübertragung in Betracht zu ziehen.
Vorzugsweise wird die Öltemperatur θ in dem
Getriebe gemessen, um den Warmlauf des Getriebes festzustellen und
als Korrekturfaktor zur Bestimmung des Momentaufnahmevermögens verwendet.
Alternativ kann ein Drehzahlzähler,
der die Drehung der Kardanwelle misst, verwendet werden, vorausgesetzt
dieser Zähler
wird vor jedem Start des Fahrzeugs auf Null gesetzt.
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Eine
Unterroutine, die sowohl den Warmlauf- als auch den Einfahrzustand
des Getriebes berücksichtigt,
ist in 5 gezeigt. Diese Unterroutine ist eine Alternative
zu Schritt 114 von 3. Die Unterroutine
startet bei Schritt 170. Bei Schritt 172 errechnet
die Unterroutine einen Warmlaufkorrekturfaktor Fθ,
der ein Verhältnis
der gemessenen Temperatur zu einer Nenntemperatur θ0 ist. Die Unterroutine geht dann zu Schritt 174,
um den Wert N eines Wellenumdrehungszählers zu lesen, der fortlaufend
während der
Lebensdauer des Getriebes inkrementiert wird und einen Einfahr-Korrekturfaktor
FB berücksichtigt, der
gleich dem Verhältnis
des Wellendrehzahlzählerwertes
N zu einer festen Anzahl von Umdrehungen N0 ist,
zeigt, wenn ein Motor als eingefahren zu betrachten ist. Dann wird
bei 176 ein theoretisches positives Momentaufnahmevermögen TPCT in einer ersten Matrix gelesen. Das positive
Momentaufnahmevermögen
TPC wird dann in Schritt 178 auf
der Basis des theoretischen positiven Momentwerts TPCT berechnet,
der mit dem Warmlaufkorrekturfaktor F0 und mit
dem Einfahrkorrekturfaktor FB multipliziert
wird. Natürlich
kann eine ähnliche
Routine für
den Motorbremsmodus verwendet werden, wobei Schritt 132 von 4 ersetzt
wird. In diesem Fall werden theoretische negative Momentwerte TNCT in der zweiten Matrix gespeichert, und
das negative Momentaufnahmevermögen
entspricht dem theoretischen negativen Momentwert TNCT multipliziert
mit dem Warmlaufkorrekturfaktor Fθ und
dem Einfahrkorrekturfaktor FB.
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Die
Parameter des Algorithmus, nämlich
die Momentaufnahmevermögen
TNC, TPC oder TNCT, TPCT sowie die
Nenntemperatur θ0 und die festgelegte Anzahl von Umdrehungen
N0 können
durch Simulationen vorher bestimmt werden. Vorzugsweise können diese
Werte über
das Service- oder Kalibrierungsgerät 58 programmiert
oder neuprogrammiert werden. Die Daten in den Matrizen, die die
Momentaufnahmevermögen
für die
verschiedenen Gängen
repräsentieren,
können
durch eine vorher bestimmte Gleichung oder Funktion ersetzt werden,
die für
jedes Übersetzungsverhältnis ein
Momentaufnahmevermögen
vorgeben. In den meisten Fällen
werden die eingegebenen Daten gewählt, um eine verlängerte Lebensdauer
sicherzustellen. Unter gewissen Umständen kann es jedoch der Wunsch
des Kunden sein, die Daten in der Fabrik zur Sicherstellung einer größeren Leistung
anzupassen, was nur eine begrenzte Lebensdauer der Getriebekomponenten
ermöglicht.
Auf die gleiche Weise ist es möglich,
die Daten so anzupassen, dass die Lebensdauer des Getriebes erhöht wird,
was nur eine begrenzte Leistung und ein begrenztes Bremsen ermöglicht.
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Es
ist hervorzuheben, dass das Verfahren iterativ ist, so dass das
gemessene Kraftübertragungsmoment
TM einer Iteration das Ergebnis der momentanen
Momentanforderung TPA oder das TPA ist, das als Ergebnis der vorhergehenden
Iteration angewendet wurde. Insgesamt ist der Algorithmus so gestaltet,
dass das momentane Moment nie das Momentaufnahmevermögen überschreitet.
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Während bevorzugte
Ausführungsformen der
Erfindung beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass die Erfindung
für den
Fachmann natürlich
nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt
ist. Es sind viele Veränderungen
möglich.
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Die
Momentbegrenzungssteuereinheit kann weggelassen werden und die Speicher 54, 56 zum Speichern
der Momentvermögen
der Übersetzungsverhältnisse
können
irgendwo in dem Antriebstrangsteuersystem angeordnet werden, während die
verschiedenen Schritte der Verfahren durch verschiedene Einheiten
des Antriebstrangsteuersystems durchgeführt werden können. Die
Drehmomentbegrenzungssteuereinheit kann außerdem eine Untereinheit einer
der anderen Einheiten des Systems sein, z. B. der Getriebesteuereinheit.
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Wenn
der Motor einen Turbolader umfasst, kann der Ladedruck des Turboladers
zur Reduzierung eines durch das Antriebsaggregat induzierten Moments
gesteuert werden.
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Während die
Momentaufnahmevermögen anhand
des Getriebes beschrieben wurden, zieht die Erfindung auch die Bestimmung
der Momentaufnahmevermögen
auf der Basis sowohl der Aufnahmevermögen des Übersetzungsverhältnisses
als auch der Aufnahmevermögen
der anderen Komponenten der Kraftübertragung in Betracht. Von
besonderer Beachtung ist in dieser Hinsicht das Momentaufnahmevermögen der
Kardanwelle, des Differentials und der Abtriebsachse in dem Motorbremsmodus.
Es kann sich auch als vorteilhaft herausstellen, Drehmomentbegrenzungen
aufgrund von Leistungsabgriffen zu berücksichtigen, die eingerückt sind.
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Während sowohl
der Fahrzeugmodus als auch der Motorbremsmodus beschrieben wurden,
ist es auch möglich,
die Momentbegrenzung nur in einem Betriebsmodus des Antriebstrangs
anzuwenden.
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Die
Erfindung kann sowohl bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb als auch
bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb und auch bei Allradfahrzeugen
angewendet werden. Das Getriebe kann ein fortlaufend veränderbares
Getriebe sein.
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Zum
Zwecke der Vereinfachung wurde berücksichtigt, dass alle erforderlichen
Signale bei Schritt 104 des Algorithmus gelesen werden.
Es ist jedoch auch möglich,
jedes der Signale präzise
zu lesen, wenn es erforderlich ist.
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Das
Verfahren zur Steuerung des Moments wurde allgemeiner anhand einer
Software beschrieben. Es ist jedoch klar, dass das gleiche Verfahren durch
einen analogen integrierten Schaltkreis durchgeführt werden kann.