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Diese
Erfindung betrifft ein Steuersystem für ein rechnergesteuertes Getriebe
für ein
Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Die
Veröffentlichung
EP-A-0 599 511 ,
die den letzten Stand der Technik darstellt, offenbart ein derartiges
Steuersystem, bei dem die Gangwahl und das Schalten mit Hilfe von
Elektromotoren ausgeführt wird,
wobei ein Mikrocomputer die Stellungen der Schaltschienen unter
Verwendung von Informationen lernt und speichert, die von Stellungssensoren
geliefert werden, beispielsweise von Potentiometern.
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EP-A-1 104 859 offenbart
ein Steuersystem für
ein rechnergesteuertes Getriebe mit elektrohydraulischen Stellgliedern,
in dem Hubsensoren dazu verwendet werden, um Stellungen von Zylinderkolben
der Stellglieder zu lernen und zu speichern, die den verschiedenen
Gängen
entsprechen.
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Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Steuersystem für
ein rechnergesteuertes Getriebe zu liefern.
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Dieser
sowie andere Gegenstände
werden erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass ein Steuersystem für ein rechnergesteuertes Getriebe
geliefert wird, das jene Merkmale besitzt, die im angeschlossenen
Anspruch 1 beschrieben werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden
ausführlichen
Beschreibung eines nicht einschränkenden
Beispiels und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich,
in denen zeigt:
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1 den
Schrägriss
eines rechnergesteuerten Getriebes für ein Kraftfahrzeug, das ein
Steuersystem gemäß der Erfindung
besitzt;
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2 ein
Schema, in dem der Aufbau eines Steuersystems der Erfindung dargestellt
ist, das einem rechnergesteuerten Getriebe zugeordnet ist; und
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3 ein
Diagramm, in dem ein Beispiel des Verlaufs der Leistung, die von
einem Getriebe-Stellglied aufgenommen wird, als Funktion der Zeit
t dargestellt ist, die auf der Abszisse aufgetragen ist.
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Die
nun folgende Beschreibung beschreibt eine Ausführungsform eines Systems gemäß der Erfindung
für ein
rechnergesteuertes Getriebe, wobei es sich beim Getriebe um ein
herkömmliches
mechanisches Getriebe handelt, das Gänge verwendet. Es ist ersichtlich,
dass die Grundkonzepte der Erfindung nicht auf die Ausführung in
einem Steuersystem für ein
derartiges Getriebe beschränkt
sind, sondern dass sie auch auf eine Änderung des Fahrbetriebs in einem
automatischen Fahrzeug angewandt werden können.
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In 1 ist
ein mechanisches Getriebe für ein
Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) allgemein mit dem Bezugszeichen
GS versehen.
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Beim
Getriebe GS handelt es sich um ein herkömmliches Getriebe, das betätigt werden
kann, um durch sechs Vorwärts-Übersetzungsverhältnisse oder
Vorwärtsgänge und
ein Übersetzungsverhältnis für den Rückwärtsgang
zu schalten.
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Das
Getriebe GS ist ein „rechnergesteuertes" Getriebe. Es besitzt
eine zugeordnete Handsteuerung, beispielsweise dazu, um die Auswahl
und das Einrücken/Ausrücken der
verschiedenen Gänge
zu steuern, beispielsweise jenen Hebel, der in 1 das
Bezugszeichen L trägt.
Der Hebel L ist beispielsweise als Joystick bekannt, dem auf bekannte
Art Stellungswandler zugeordnet sind, um Signale zu liefern, die
das Übersetzungsverhältnis oder
den Gang, die vom Fahrer gewünscht
werden, einer elektronischen Steuereinheit ECU (siehe 2)
anzeigen. Anstelle eines einzigen Hebels L kennen auch andere Vorrichtungen
verwendet werden, die für
sich bekannt sind, um die Übersetzungsverhältnisse
auszuwählen
und einzurücken/auszurücken, beispielsweise
Paare von Hebeln, die in der Nähe
des Lenkrads angebracht sind, Drucktasten oder Ähnliches.
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Es
ist denkbar, dass das rechnergesteuerte Getriebe keine Bauelemente
für die
mechanische Steuerung der Gangwahl und das Einrücken/Ausrücken besitzt, da die Möglichkeit
besteht, dass dies von einer Steuereinheit ECU aufgrund von Signalen automatisch
gesteuert wird, die dieser Einheit, ebenfalls auf bekannte Art,
von einer Vielzahl von Sensoren (nicht dargestellt) geliefert werden,
wobei sich das rechnergesteuerte Getriebe dann ähnlich wie ein "Automatikgetriebe" verhält.
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Die
elektronische Steuereinheit ECU kann in Betrieb gesetzt werden,
um die Auswahl und das Einrücken/Ausrücken der
verschiedenen Gange mit Hilfe eines Paars von elektromechanischen
Stellvorrichtungen zu steuern, die in 2 mit dem
Bezugszeichen A1 bzw. A2 versehen sind und von Schnittstellen-Stufen
IC gesteuert werden, die für
sich bekannt sind.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
weisen die Stellvorrichtungen A1, A2 entsprechende Elektromotoren
M1, M2 auf, bei denen die Ausgangswelle mit einem entsprechenden
Reduziergetriebe/Umsetzer G1, G2 gekuppelt ist, die in Betrieb gesetzt
werden können,
um die Drehbewegung der Ausgangswelle des zugeordneten Motors in
eine geradlinige Bewegung in zwei Richtungen umzusetzen.
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Entsprechende
Sensoren für
elektrischen Strom IS1 und IS2 oder amperometrische Sensoren sowie
Sensoren TS1 und TS2, um die Anzahl von Umdrehungen (in der Zeiteinheit)
abzuzählen
und über
die Drehrichtung der Elektromotoren zu berichten, oder tachometrische
Sensoren, sind den Motoren M1, M2 zugeordnet, beispielsweise Halleffekt-Sensoren,
die mit der elektronischen Steuereinheit ECU verbunden sind.
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Die
Stellvorrichtungen A1, A2 sind mit entsprechenden Hebel-Steuerelementen L1
und L2 über
entsprechende Übertragungseinrichtungen
T1 und T2 verbunden. Bei dem gezeigten Beispiel weisen diese Übertragungseinrichtungen
flexible Kabel auf, beispielsweise Bowdenzüge.
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Auf
eine für
sich bekannte Art können
die Hebelelemente L1 und L2 mit Hilfe ihrer zugeordneten Stellvorrichtungen
entlang von Arbeitskurven ausgelenkt werden, die zueinander einen
Winkel einschließen
und später
als Auswahl-Kurve bzw. als Einrück/Ausrück-Kurve
bezeichnet werden.
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Im
Schema, das im unteren Teil von 2 gezeigt
wird, ist die Auswahl-Kurve mit dem Bezugszeichen S versehen, während die
Einrück/Ausrück-Kurven
(oder "Ebenen") der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse
die Bezugsziffern 1, 2, 3 und 4 tragen.
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In
diesem Schema handelt es sich bei der Einrück/Ausrück- Kurve, die mit der Bezugsziffer 1 versehen
ist, um eine Kurve, die den Übersetzungsverhältnissen
I und II zugeordnet ist, während
die Einrück/Ausrück-Kurve
2 den Übersetzungsverhältnissen
III und IV zugeordnet ist. Die Kurve 3 ist den Übersetzungsverhältnissen
V und VI zugeordnet, während
die Einrück/Ausrück-Kurve,
die mit der Bezugsziffer 4 versehen ist, dem Rückwärtsgang R zugeordnet ist.
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In
diesem Schema ist mit dem Bezugszeichen N die Leerlauf-Stellung bezeichnet,
die man üblicherweise
am Schnittpunkt zwischen der Auswahl-Kurve S und der Einrück/Ausrück-Kurve
der Übersetzungsverhältnisse
III und IV findet, d.h. jener Kurve, die in 2 die Bezugsziffer
2 trägt.
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Auf
eine für
sich bekannte Art sind entsprechende elektrische Stellungssensoren,
die in 2 mit den Bezugszeichen PS1 und PS2 versehen sind, den
Hebeln L1 und L2 zugeordnet. Diese Sensoren sind weiters mit der
elektronischen Steuereinheit ECU verbunden.
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Im
normalen Betrieb wird die elektronische Steuereinheit ECU so eingestellt,
dass sie die Stellglieder A1 und A2 in Übereinstimmung mit vorgegebenen
Parametern steuert, um die wahlweise Anordnung der Hebelelemente
L1 und L2 in jene Arbeitsstellungen zu steuern, die dem Übersetzungsverhältnis oder
dem Gang entsprechen, die eingerückt
werden sollen.
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Speichervorrichtungen
M, deren Aufbau für sich
bekannt ist, sind der Steuereinheit ECU zugeordnet. Diese Vorrichtungen
können
in die Steuereinheit selbst integriert sein.
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Wenn
das Steuersystem der Erfindung an einem Eingang i0 ein
passendes Steuersignal empfängt,
wird die Steuereinheit ECU so eingestellt, dass sie einen Lernprozess
und Speicherprozess für
die tatsächlichen
Einrückstellungen
der Übersetzungsverhältnisse
oder der Gänge
so ausführt,
wie dies nunmehr beschrieben werden soll.
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Bei
diesem Lern- und Speicherprozess veranlasst die Einheit ECU die
gesteuerte Aktivierung der Stellvorrichtungen A1 und A2, wodurch
die Steuerhebel L1 und L2 veranlasst werden, sich gemäß den entsprechenden
Arbeitskurven zu bewegen, während
sie mit Hilfe der Stellungssensoren PS1, PS2, der Stromsensoren IS1,
IS2 und der tachometrischen Sensoren TS1, TS2 die tatsächlichen
Stellungen der Hebel, die den Nenn-Arbeitsstellungen entsprechen, in Übereinstimmung
mit einem Verfahren abtastet und speichert, das nunmehr beschrieben
werden soll. Dies erfolgt unabhängig
von irgendwelchen mechanischen Toleranzen und einem Spiel im Getriebe,
mit denen das Steuersystem besonders verknüpft ist.
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Der
Prozess zum Lernen und Speichern der tatsächlichen Einrückstellungen
der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse
im Getriebe beginnt damit, dass sich das Getriebe GS in der Leerlauf-Stellung
N befindet.
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Am
Beginn des Prozesses erfasst und speichert die Steuereinheit ECU
zuerst die Leerlauf-Stellung N aufgrund von Signalen, die von den
Sensoren PS1, PS2 und IS1, IS2 geliefert werden.
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Wenn
dies einmal durchgeführt
wurde, aktiviert die Steuereinheit ECU das Stellglied A1 oder das
Auswahl-Stellglied,
wodurch die Hebelelemente L1, L2 entlang der Auswahl-Kurve S bis
zum Ende des Hubs für
jede Auswahl ausgelenkt werden, worauf sie diese Stellungen wiederum
aufgrund von Signalen erfasst und speichert, die von den oben erwähnten Sensoren
PS1 und IS1 geliefert werden.
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Die
Hub-Endstellungen können
im Besonderen aufgrund von Daten bestimmt werden, die von den Stromsensoren
IS geliefert werden. Wenn die oben erwähnten Hebel L1, L2 die Hub-Endstellung erreichen,
zeigt der von den Motoren M der zugeordneten Stellvorrichtungen
A aufgenommene Strom im Allgemeinen einen plötzlichen und typischen Anstieg, der
dadurch hervorgerufen wird, dass sich die Motoren festlaufen.
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Wenn
einmal die Auswahlstellungen am Hubende sowie der Leerlauf-Stellung
N gewonnen wurden, kann die Steuereinheit ECU entlang der Auswahl-Kurve
S die Stellungen der Kurven oder Ebenen für das Einrücken/Ausrücken 1-4 bestimmen.
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Bei
der im Zusammenhang mit 2 gezeigten Ausführungsform
entspricht die Stellung der Einrück/Ausrück-Kurve
1 im Wesentlichen einem Ende des Auswahl-Hubs, während die Stellung der Einrück/Ausrück-Kurve
2 im Wesentlichen der Leerlauf- Stellung
entspricht. Die Stellung der Einrück/Ausrück-Kurve des Rückwärtsgangs
R entspricht dem anderen Ende des Auswahl-Hubs.
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Die
elektronische Steuereinheit ECU kann die Stellung der Einrück/Ausrück-Kurve
3, die den Gängen
V und VI entspricht, aufgrund von Daten bestimmen, die bereits gespeichert
wurden. Bei den meisten Getrieben liegt die Stellung dieser Einrück/Ausrück-Kurve
3 auf halbem Weg zwischen den Stellungen der Einrück/Ausrück-Kurven
2 und 4.
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Weiters
kann die Steuereinheit ECU in Betrieb gesetzt werden, um das zweite
Stellglied A2 oder Einrück/Ausrück-Stellglied
an jedem Schnittpunkt der Auswahl-Kurve S mit irgendeiner der Einrück/Ausrück-Kurven
1-4 so in Betrieb zu setzen, dass das Hebelelement L2 entlang der
entsprechenden Kurve 1-4 ausgelenkt wird, und um die entsprechenden
Stellungen des Anfangs und der Fertigstellung des Einrücken des
Gangs zu erfassen und zu speichern, die den verschiedenen Übersetzungsverhältnissen
oder den Gängen
entsprechen. 3 zeigt den typischen Verlauf
des Stroms, der vom Motor 2 des Wandlers A2 beim Einlegen eines
Gangs aufgenommen wird, wobei die Spitze zum Zeitpunkt t0 durch jenen Strom hervorgerufen wird, der
erforderlich ist, um gegen die Stellungsmarkierung oder die Stellungsstabilisierungs-Feder
zu drücken
und diese zu überwinden,
die in herkömmlichen
mechanischen Getrieben angeordnet ist. Wenn der Zeitpunkt t0 einmal verstrichen ist, kann man sicher
sein, dass der Gang eingerückt
wurde. Die von den Sensoren PS2 und TS2 zum Zeitpunkt t0 ausgesandten
Signale sind dann so zu verstehen, dass sie die Stellung des Beginns
des Gangeinrückens
anzeigen. Die Signale, die von den Sensoren PS2 und TS2 zum Zeitpunkt
ti von 3 geliefert
werden, sind andererseits als das Ende der Hubstellung des Gangeinrückens anzusehen
(wenn sich der Motor M2 festläuft).
Wenn sie die endgültigen
Einrück-Stellungen
der verschiedenen Übersetzungen
oder der Gänge
speichert, kann die Steuereinheit ECU tatsächlich im Voraus vorgegebene
Stellungen speichern, die von den oben erwähnten Hub-Endstellungen beabstandet
sind, wodurch verhindert wird, dass sich der Motor M2 des zugeordneten
Einrück-Stellglieds
A2 jedes Mal festläuft, wenn
ein Gang eingerückt
wird.
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Der
Prozess des Lernens und Speicherns der tatsächlichen Einrück-Stellungen
der Übersetzungsverhältnisse
oder der Gänge
könnte
einem anderen Betriebsablauf folgen, als er oben beschrieben wurde.
Beispielsweise kann die Einheit ECU so eingestellt werden, dass
sie den Lern- und Speicher-Prozess wie folgt ausführt.
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Die
Einheit ECU erfasst zuerst die Leerlauf-Stellung N. Daraufhin aktiviert
sie das Auswahl-Stellglied A1, um eine Bewegung zum Rückwärtsgang
R entlang der Auswahl-Kurve S hervorzurufen. Daraufhin erfasst und
speichert die Einheit ECU die Auswahl der Hub-Endstellung entlang
der Auswahl-Kurve, die dem Rückwärtsgang
R entspricht.
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Daraufhin
aktiviert die Einheit ECU das Einrück-Stellglied A2 entlang der
Einrück/Ausrück-Kurve 4
in jene Richtung, die dem Einrücken
des Rückwärtsgangs
R entspricht. Während
dieser Bewegung steigt der vom Elektromotor M2 aufgenommene Strom
zuerst an, um den Gegendruck bei der Verschiebung des Hebels L2
zu überwinden,
der von der zugeordneten Stellungsstabilisierungs-Feder stammt.
Der vom Sensor IS2 gemessene Strom zeigt daher einen charakteristischen
knieförmigen
Verlauf, wie dies beispielsweise zum Zeitpunkt t0 in 3 dargestellt
ist, worauf er schwächer
wird, wenn einmal die Freigabe der Feder der Stellungsstabilisierungs-Vorrichtung zur Bewegung
des Hebels L2 beiträgt.
Wenn einmal das Ende der Hub-Stellung, die dem Einrücken des
Rückwärtsgangs
R entspricht, erreicht wurde, steigt der vom Motor M2 aufgenommene
Strom I scharf und charakteristisch an, wie dies der Zeitpunkt ti in 3 zeigt.
Wenn dieser Anstieg abgetastet wird, erkennt die Einheit ECU, dass
das Ende der Hub-Stellung, die dem Einrücken des Rückwärtsgangs entspricht, erreicht
wurde und speichert dies zusammen mit jenen Werten, die vom tachometrischen
Sensor geliefert werden.
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Mit
Hilfe des Stellglieds A1 kehrt die Einheit ECU zur vorher gespeicherten
Leerlauf-Stellung M zurück.
Wenn diese Stellung einmal erreicht ist, aktiviert die Einheit ECU
den Motor M1 des Auswahl-Stellglieds A1, um die Hebel L1, L2 entlang
der Auswahl-Kurve S entgegengesetzt zu jener Hub-Endstellung auszulenken,
die dem Rückwärtsgang
R entspricht. Wenn diese Hub-Endstellung einmal erreicht ist, was
durch den plötzlichen Anstieg
im Strom abgetastet wird, den der Motor M1 aufnimmt, speichert die
Einheit ECU diese Hub-Endstellung aufgrund der sie die Größe des Auswahl-Hubs
berechnen kann.
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In
der Hub-Endstellung aktiviert die Einheit ECU den Motor M2 des Einrück/Ausrück-Stellglieds A2,
um den Hebel L2 entlang der Kurve 1 zur Einrück-Stellung des Gangs I (oder
des Gangs II) und dann zurück
zur Hub-Endstellung auszulenken, die dem Gang II (oder dem Gang
I) entspricht.
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Als
nächstes
stellt die Einheit ECU die Hebel wieder in die Leerlauf-Stellung
N, wobei sie in dieser Stellung den Motor M2 des Einrück/Ausrück-Stellglieds
A2 dazu verwendet, um die Hub-Endstellungen
entlang der Einrück-Kurve
2 abzutasten, die den tatsächlichen
Einrückstellungen
der Gänge
III und IV entsprechen.
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Wenn
einmal der Schnittpunkt der Auswahl-Kurve S mit der Einrück-Kurve
3 (so wie dies oben beschrieben wurde) bestimmt wurde, bestimmt die
Einheit ECU mit Hilfe des Stellglieds A2 als nächstes die Hub-Endstellungen
für die
Gänge V
und VI.
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Die
von den Sensoren PS und TS abgetasteten Stellungen werden im Speicher
M während
aller nachfolgenden Aktivitäten
gehalten, die sich auf den normalen Betrieb des rechnergesteuerten
Getriebes beziehen, mit Ausnahme von kleinen Änderungen, die nach Selbsteinstellungen
des Systems als Teil seines normalen Betriebs ausgeführt werden.
Während
des normalen Betriebs des rechnergesteuerten Getriebes werden Signale,
die von den Sensoren PS und TS für
die verschiedenen Gänge
geliefert werden, mit den Werten im Speicher verglichen. Sollte sich
der Momentanwert der Signale und der im Speicher gespeicherte Wert
um mehr als eine vorgegebene Größe unterscheiden,
wird eine automatische Einstellung in die Wege geleitet, um die
neue Stellung der Gänge "nachzustellen".
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Wenn
einmal die Geometrie des Aufbaus der Übersetzungsverhältnisse
im Getriebe GS bekannt ist, ermöglicht
das oben beschriebene System die Erstellung eines vollständigen "Plans" der Gänge oder der Übersetzungsverhältnisse,
ohne dass eine Kalibrierung oder Einstellung am Ende der Fertigungsstrecke
für das
Getriebe notwendig sind.
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Wenn
die Sensoren PS1 und PS2 direkt auf dem Getriebe GS oder am Ende
der Übertragungskabel
T1 und T2 neben dem Getriebe angebracht sind, und wenn die Temperatur
der zugeordneten Wärmekraftmaschine
bekannt ist (wobei diese Information üblicherweise auf dem Kommunikationsnetzwerk
an Bord des Fahrzeugs zur Verfügung
steht), kann die Einheit ECU dazu verwendet werden, um verschiedene
Algorithmen einzuführen,
die es ermöglichen,
dass die Temperaturabhängigkeit
in den Sensoren korrigiert wird. Wenn ein Temperatursensor TS (siehe 2)
verwendet wird, bei dem es sich beispielsweise um einen NTC- oder
PTC-Sensor handelt, der der elektronischen Steuereinheit ECU zugeordnet
ist, können
zusätzlich
irgendwelche Temperaturabhängigkeiten
in irgendwelchen elektronischen Bauteilen kompensiert und ein Schutz
für Leistungselemente
eingebaut werden.
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Selbstverständlich bleibt
die Grundlage der Erfindung unverändert, wobei Ausführungsformen und
Details bei der Herstellung gegenüber der Beschreibung eines
nicht einschränkenden
Beispiels und den Zeichnungen weit verändert werden können, ohne
dadurch vom Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den angeschlossenen
Ansprüchen festgelegt
ist.