DE69104021T2 - Optimalwertregelungen des Schlupfes einer Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung eines automatischen Getriebes. - Google Patents
Optimalwertregelungen des Schlupfes einer Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung eines automatischen Getriebes.Info
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Drehmomentwandlern für ein Automatikgetribe und auf die Regelung einer Umlenkkupplung, die einen variablen Drehzahlunterschied zwischen den Antriebselementen und den angetriebenen Elementen des Drehmomentwandlers zuläßt. Präziser gesagt betrifft die Erfindung die Regelung des hydraulischen Drucks, der einer Drehmomentwandlerumlenkkupplung zur Verfügung gestellt wird, insbesondere auf deren Antwort auf einen plötzlichen Motordrehmomentbedarf durch den Fahrzeugführer.
- Bei einem Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug ist der Verbrennungsmotor antriebsmäßig mit einem Drehmomentwandler verbunden, der einen Pumpenradrotor, der an der Motorwelle befestigt ist und einen Turbinenrotor hat, der vom Pumpenrad hydrodynamisch angetrieben wird. Ein typischer Drehmomentwandler enthält außerdem eine Umlenkkupplung, die, wenn sie eingekuppelt ist, das Pumpenrad und die Turbine mechanisch verbindet, und dadurch den hydrodynamischen Anschluß zwischen diesen Bestandteilen außer Acht läßt, und wenn sie ausgekuppelt ist, einen herkömmlichen Antrieb zwischen der Turbine und dem Pumpenrad erlaubt.
- Die Drehmomentwandlerumlenkkupplung kann durch den Betrieb eines magnetbetätigten Hydraulikventils geregelt werden, das die Umlenkkupplung mit Druck beaufschlagt und entlüftet, um die Kupplung als Antwort auf ein auf das Magnet aufgebrachtes Signal ein- und auszukuppeln. Wird der Drehmomentwandler geöffnet, d.h., wenn die Umlenkkupplung ausgekuppelt ist, werden Vibrationen und andere Störungen, zwischen der Turbine und dem Pumpenrad, die in einer Kraftübertragungsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges unannehmbar sind, von dem hydrodynamischen Anschluß absorbiert und abgeschwächt. Wegen der inhärenten Verluste, die beim Betrieb eines Drehmomentwandlers im offenen Betrieb auftreten, wird die Kraftstoffersparnis jedoch verringert. Drehmomentwandler können so geregelt werden, daß in den meisten Betriebsbereichen die Umlenkkupplung weder voll ein- noch voll ausgekup-pelt ist, sondern stattdessen so abgestimmt ist, das sie eine variable Schlupfgröße erzeugt, den Unterschied zwischen den Drehzahlen des Pumpenrades und der Turbine. Bei einem solchen Betrieb kann der Drehmomentwandler zur Absorption von Vibrationen eingesetzt werden, insbesondere wenn durch Erhöhen des Schlupfes Wechsel im Zähnezahlverhältnis durchgeführt werden, wodurch es einem größeren Anteil des Motordrehmomentes erlaubt wird, durch eine hydrodynamisch Wirkung vom Pumpenrad zur Turbine zu gelangen. Fehlt die Wahrscheinlichkeit von unangenehmen Schwingungen und Störungen, kann der Drehmomentwandler vollständig geschlossen werden, so daß die Kraftstoffersparnis gesteigert wird.
- Ein Regelsystem zum Betrieb einer Umlenkkupplung antwortet auf eine Anforderung des Fahrzeugführers nach einem Wechsel des Drehmomentes im allgemeinen auf der Grundlage von Änderungen an der Stellung des Drosselventils, die manuell ausgeführt werden. Bei Normalbetrieb werden solche Wechsel abrupt durchgeführt, zugleich aber muß das System auf die Änderung bei der Drehmomentanforderung schnell reagieren, um die Erwartungen des Fahrers zu erfüllen und die Kriterien für die Kraftstoffersparnis und für die Vibrationen des Antriebsstranges zu befriedigen. Einem Antriebsstrang dieses Typs haften Verzögerungen an. Die Motorträgheit verursacht eine Verzögerung bei der Erzeugnis eines Wechsels der Motorausgabe als Antwort auf einen Wechsel der Drosselposition und es gibt noch andere Verzögerungen im Regelsystem, die der Kupplungsträgheit, der Trägheit des Hydrauliksystems, der Viskosität, Friktion und anderen Phänomenen dieser Art zuzuschreiben sind.
- Das U.S. Patent US-A-4,757,886 beschreibt ein Regelsystem mit Rückführung zur Regelung des Betriebes einer Umlenkkupplung eines Getriebes aufgrund des Schlupfes innerhalb des Drehmomentwandlers. Das System verwendet gemessenen Schlupf als ein mit einem Befehlssignal zusammengefaßtes Rückkopplungssignal, um einen Schlupffehler zu erzeugen. Danach wird eine Korrektur des Betriebszyklusses auf der Grundlage der Differenz zwischen den Betriebszyklen des laufenden Abtastzeitraumes und des vorherigen Abtastzeitraumes entwickelt und verarbeitet, um ein Signal für den Kupplungsdruck zu erzeugen. Dieses Signal wird zur Variierung des Schlupfes verwendet und wird rückgekoppelt, um die Stabilität des Fehlersignals für den Betriebszyklus zu erhöhen.
- Das U.S. Patent US-A-4,790,418 beschreibt eine Technik zur Regelung der Drehmomentübertragung von einem abgehenden Reibungselement zu einem ankommenden Reibungselement, wenn ein Wechsel im Übersetzungsverhältnis in einem Automatikgetriebe vorgenommen wird. Der Schlupf über die losgehende Kupplung wird zur Regelung der Motordrehzahl eingesetzt. Die Geschwindigkeit des Drehmomentwechsels in der losgehenden Kupplung wird als Grundlage zur Änderung des Kupplungsdrucks in Übereinstimmung mit einer berechneten Steilheit des Drehmoments verwendet.
- Das U.S. Patent US-A-4,792,902 beschreibt ein System und ein Verfahren zur Regelung des Zündzeitpunktes eines Verbrennungsmotors in einem Getriebe, das ein Getriebe mit mannigfaltigen Übersetzungsverhältnissen in sich einschließt. Der Zündzeitpunkt des Motors wird auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Getriebedrehzahlausgabe durch einen Regelalgorithmus vorverlegt und verzögert, der die Regelung des Übersetzungsverhältnisses im Laufe der Wechsel der Übersetzungsverhältnisse verbessert. Keine dieser Patente offenbart eine Vorwärtsregelungstechnik zur Regelung der Umlenkkupplung eines Automatikgetriebes. Das Patent US-A- 4,957,194 offenbart eine typische Umlenkkupplung eines Drehmomentwandlers, deren Schlupf entweder durch einen Vorwärtskopplungsmodus oder einen Rückkopplungsmodus geregelt wird.
- Wenn während des Betriebes und bei der Regelung des Antriebsstranges dieses Typs der Schlupf des Drehmomentwandlers zu klein ist, dann könnte eine plötzliche Störung der Position der Motordrossel eine Verriegelung der Umlenkkupplung und damit einhergehende Schwierigkeiten beim Fahrverhalten verursachen. Eine Möglichkeit, den gewünschten Schlupf aufrecht zu erhalten, ist die Verwendung der Rückkopplungsregelung unter Anwendung eines Fehlersignals als ein Maß für den Schlupf über die Drehmomentwandlerumlenkkupplung. Ein Rückkopplungsalgorithmus zur Regelung der Kupplung kann entweder die klassische PID-Kompensation, gegebenenfalls einschließlich Voreil-Verzögerungszuständen, oder eine moderne Kompensationstechnik verwenden. Um diese Schwierigkeiten zu bewältigen, und um die Schlupfregelung im Vergleich mit Ergebnissen aus der gegenwärtigen Praxis zu verbessern, fügt das Regelsystem für die Umlenkkupplung der vorliegenden Erfindung Vorwärtskopplungsregelung auf der Grundlage der Drosselwinkelposition und der Motordrehzahl der Rückkopplungsregelung hinzu.
- Die Regelung der Erfindung ist adaptierbar für die Verwendung in einem Antriebsstrang einschließlich eines von der Position seines Drosselventils geregelten Motors, einem hydrodynamischen Antriebsstrang mit einer Umlenkkupplung und einem Automatikgetriebe mit Mehrganggetriebe, welches mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges verbunden ist. Ein magnetbetätigtes Hydraulikventil, welches ein mit Druck beaufschlagtes Fluid zuleitet, um die Umlenkkupplung einzukuppeln und auszukuppeln, wird durch den Betrieb eines Vorwärtsregelsystems geregelt. Die Position des Drosselventils und die Drehzahlen des Pumpenrades des Drehmomentwandlers und der Turbine werden als Eingabe in ein mathematisches Modell angewandt, das in algorithmischer Form zur Ausführung durch einen digitalen Mikroprozessor programmiert wurde. Der Motor erzeugt ein Signal, das die Nettodrehmomentausgabe durch den Motor wiedergibt, dieses Signal wird durch das üblicherweise kleine Drehmoment, das vom Wandler getragen wird, verändert und wird dann als Eingabe in ein umgekehrtes mathematisches Modell des magnetbetätigten Ventils angewandt, der Umlenkkupplung ein Hydraulikfluid zuleitet. Das einzigartige Verhältnis zwischen Phase und Verstärkung, die Frequenzabhängigkeit des Magnetventils wird invertiert, um die inhärente und meßbare Ansprechverzögerung einzustehen und die Wirkungen der Verzögerungen aufzuheben. Der Schlupffehler wird bestimmt als Unterschied zwischen der Geschwindigkeit des Drehmomentwandlerpumpenrades und der Turbinengeschwindigkeit. Der Fehler wird als Eingabe in eine PID-kompensierte Rückführungsregelung verwendet, deren Ausgabe mit der Umkehrung der Frequenzabhängigkeit des Magnetventils zusammengezählt wird, um ein Betriebsspiel oder einen analogen Strom zu erzeugen, der dem Magneten des Umleitventils für den Hydraulikdruck zugeleitet wird.
- Auf diese Weise wird eine Verzögerung während des Ansprechens der Umlenkkupplung auf eine Änderung des Drehmomentbedarfs am Motor, die sich aus einem Wechsel in der Position der Motordrossel ergibt, durch Vorauserkennung der dem System innewohnenden Verzögerung und durch die Erzeugung eines Regelbetriebsspieles oder einer Korrektur des Regelstromes genau verhindert, die genau für die inhärente Verzögerung einsteht, die einem Magneten und dem Hydraulikventil der Umlenkkupplung, die er betreibt, zugehörig ist.
- Das Vorwärtsregelsignal wird mit einem Rückführungsregelsignal mit PID-Kompensation zusammengefaßt, so daß das korrigierte Regelsignal für einen Wechsel des Motordrehmomentes und für die dem System innewohnenden Verzögerungen verantwortlich ist. Das System beseitigt die Verzögerung wirkungsvoll, indem eine Korrektur des Regelbetriebsspiel geschaffen wird, die genau für Phasenvoreilung und -verzögerung und die Verstärkung verantwortlich ist, die dem Ansprechen des Systems auf den Motordrehmomentbedarf zugeordnet sind.
- Figur 1 ist ein Schaltbild einer Schlupfregelung für eine Drehmomentwandlerumlenkkupplung mit geschlossenem System gemäß dieser Erfindung.
- Figur 2 ist ein Schaltbild, das ein mathematisches Modell eines Motors wiedergibt, ein Bestandteil des Rückführungssystems der Figur 1.
- Figur 3 zeigt das Ansprechen des Motordrehmomentes auf einen Drosselpositionsschritt, der von einem Motormodell in einem Regelsystem dieser Erfindung erzeugt wird.
- Figur 4 ist eine Prinzipskizze, die eine Anordnung zur Bestimmung der umgekehrten Frequenzabhängigkeit eines Magnetventils, einer Kupplung und damit verbundener Hydraulik in einem Regelsystem zeigt.
- Figur 5 ist ein geschlossenes Regelsystem zur Regelung des Betriebes einer Drehmomentwandlerumlenkkupplung mit Vorwärtsregelungs- und Rückwärtsregelungseigenschaften nach dieser Erfindung.
- Figur 1 zeigt die Bestandteile eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges, auf die die Umlenkkupplungsregelung mit geschlossenem Regelkreis der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann. Ein Verbrennungsmotor 10 ist antriebsmäßig über eine Motorkurbelwelle 12 mit einem Drehmomentwandler 14 verbunden, der durch eine Turbinenwelle oder Getriebeeingangswelle 16 mit dem Eingang des Transmissionsgetriebegehäuses 18 verbunden ist. Das Getriebe enthält ein mehrgängiges Getriebe, Kupplungen, Bremsen, ein hydraulisches Regelsystem, magnetbetätigte Schaltventile, einen Mikroprozessor und Sensoren, die Signale erzeugen, die die Wellendrehzahlen, die Drosselposition und andere Betriebsvariablen wiedergeben. Das Getriebe ist über eine Getriebeausgangswelle 20 mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges 22 verbunden. In der Figur ist die Fahrzeugträgheit 22 die Hauptlast, die vom Antriebsstrang getrieben wird.
- Der Fahrzeugführer regelt die Stellung eines Bechleunigungspedals 24, dessen Bewegung die Position des Drosselventils 26 verändert, das sich im Ansaugstutzen des Fahrzeuges befindet. Das vom Motor erzeugte Drehmoment (Te) und die Motorgeschwindigkeit (Ne) werden auf die Motorwelle 12 zum Pumpenrad 30 des Drehmomentwandlers und zu einer Reibscheibe 32 der Drehmomentwandlerumlenkkupplung 34 übertragen. die Umlenkkupplung enthält eine zweite Reibscheibe 36, die durch die Betätigung eines magnetbetätigten Umlenkventils 38 in einen Antriebsreibschluß mit der Scheibenkupplung 32 bewegt wird. Das Ventil erzeugt einen Ausgangsdruck, mit dem ein Servo der Umlenkkupplung gespeist wird, die, wenn sie mit Druck beaufschlagt wird, die Scheiben 32 und 36 in einen Antriebsreibschluß zwingt, und, wenn sie entlüftet ist, es der Scheibe erlaubt, auszukuppeln. Das Pumpenrad treibt die Turbine hydrodynamisch an, da das Pumpenrad und die Turbine durch die Hydraulikflüssigkeit, die sich in einem Gehäuse befindet, das fortlaufend mit Flüssigkeit aus dem Hydraulikkreislauf gespeist wird, um die Achse des Drehmomentwandlers dreht. Der Kreislauf enthält eine Pumpe oder eine andere Druckquelle, um den Hydraulikkreislauf mit Druck zu beaufschlagen, die verschiedenen Kupplungen und Bremsen des Getrieberegelsystems, das Schmiersystem des Getriebegehäuses und den Drehmomentwandlers selbst.
- Ein Regler zur Regelung des Betriebes des Magnetventils 38 enthält einen Vorwärtsregelanteil 44 und einen Rückführungsregelanteil 46. Der Unterschied zwischen der Pumpenradgeschwindigkeit (Ni) und der Turbinengeschwindigkeit (Nt) wird Drehmomentwandlerschlupf genannt. Die Geschwindigkeitssensoren 48 und 50 erzeugen Signale, die die Pumpenradgeschwindigkeit und die Turbinengeschwindigkeit wiedergeben, diese Signale werden als Eingabe in eine Summierverbindung 52 eingebracht, worin ihre Differenz, der Schlupf es als Eingabe in ein Vorwärtsregelkompensationsmittel 54 eingebracht wird, dessen Ausgangssignal Yfd als Eingabe in die Summierverbindung 56 eingebracht wird.
- Die in die Software implementierte Differenzgleichung für den proportionalen, integralen, differentialen PID- Kompensator 54 lautet:
- Yfd = Yfd (k-1) + Kp [es(k)-es(k-1)] + Kies(k) + Kd [es(k)-2es(k-1)+es(k-2)]
- worin es(k) = Ni(k) - Nt(k) der Schlupf beim Abtasten zum Abtastzeitpunkt k ist; Nt(k) die Turbinengeschwindigkeit zum Abtastzeitpunkt k ist; sich (k-1) auf den unmittelbar vorhergehenden Abtastzeitpunkt bezieht; sich (k-2) auf den Abtastzeitpunkt bezieht, der vor dem unmittelbar vorhergehenden Abtastzeitpunkt liegt; und Kp, Kd und Ki jeweils proportionale, differenzierende und ganzzahlige Verstärkungen sind.
- Ein Sensor 58 erzeugt ein Signal, das die Stellung des Beschleunigungspedals oder des Drosselventils wiedergibt, die Ausdehnung, um die das Drosselventil den Ansaugstutzen des Motors öffnet. Das Signal, die Drosselwinkelposition TAP oder der Druck im Ansaugstutzen MAP stromabwärts vom Drosselventil 26 oder dem Massenluftstrom MAF in den Motor, wird als Eingabe in das mathematische Modell 60 für Motor und Drehmomentwandler eingebracht. Dieses Modell erzeugt ein Ausgangssignal (Te'), das Nettomotordrehmoment, das als Eingabe in das Umkehrmodell des Magnetventils 62 eingebracht wird. Die Ausgabe Yff von Modell 62 wird an der Summierverbindung 56 mit der Ausgabe Yfd von der PID-Regelung 54 zusammengefaßt, um einen pulsbreitenmodulierten Betriebszyklus (PWM) zu erzeugen, oder es wird ein Analogstrom für ein Magnet mit veränderlicher Kraft verwendet. Das auf das Magnet aufgebrachte Signal betreibt ein Hydraulikventil 38, das die Verbindung zwischen der Druckquelle und der Kupplung 34 öffnet und schließt. Das Ventil 38 erzeugt einen Regeldruck in Übereinstimmung mit der Größe des Betriebszyklusses oder Stroms, und regelt dadurch die Übertragung des Drehmoments vom Pumpenrad 30 zur Turbine 40, wenn die regelnde Kupplung 34 ein- oder ausgekuppelt wird.
- Figur 2 zeigt Verknüpfungsglieder des Motormodells, das das Ausgangssignal T'e erzeugt. Die Eingangssignale, die TAP oder MAP oder MAF und Ni wiedergeben werden zusammen mit dem Entladungskoeffizienten (CD) eingebracht, einer Variablen, die ein Maß für den Druckabfall über die Drosselplatte des Ansaugstutzens wiedergibt. Der Wert für den Entladungskoeffizienten wird in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Verhältnis, wenn TAP bekannt ist, von einem Element 64 erzeugt.
- Die Eingangssignale, die die Motorgeschwindigkeit Ni, die Position der Motordrossel TAP und MAP wiedergeben, werden als Eingabe in ein Logiksegment zugeführt, das ein Verhältnis zwischen diesen Variablen und seiner Ausgabevariablen, des volumetrischen Wirkungsgrades des Motor wiedergibt. Ein Signal, das diesen Ausgabewert wiedergibt, wird als Eingabe in einen Begrenzer 68 eingebracht, um einen linear variablen Bereich des Ausgangssignales basierend auf dem Ausgangssignal zu erzeugen, das den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors wiedergibt. Die Ausgabe des Begrenzers 68 wird ebenfalls in das Motormodell 70 eingebracht. Basierend auf diesen Eingabevariablen, erzeugt das Motormodell 70 ein Signal, das das Bruttodrehmoment des Motors wiedergibt, welches die Ansprechverzögerung zwischen einem abrupten Wechsel bei der in Figur 4 gezeigten Drosseleingabe und welches für die Zeitkonstante steht, die das Ansprechen auf den Motor auf einen Wert des Drehmomentwandlers vergleichbar mit dem Wechsel der Drosselposition regelt. Das Motormodell 70 erzeugt ein Motordrehmomentausgabesignal mit einer Phasenverschiebung e-ts und eine Übergangsansprechzeit des Motordrehmomentes auf die Drosselposition und Motorgeschwindigkeit. Figur 3 zeigt graphisch die Phasenverzögerung und die Anstiegszeit des Ansprechens auf eine abrupte Veränderung der Drosselposition.
- Das Ausgangsignal Te' wird auf die Summierverbindung 72 aufgebracht. Zur Reduzierung des Ausgabedrehmoments des Motors wegen der Rotationsträgheit des Motors wird jedoch eine Berechnung auch an der Summierverbindung 72 vorgenommen. Ein Teil 74 des Motormodells der Figur 2 enthält eine Übertragungsfunktion, die ein erstes Zeitdifferential der Motorgeschwindigkeit und der Motorträgheit dem Drehmoment, das der überwundenen Motorträgheit zugeordnet ist, gegenüberstellt. Der Regelblock 76 erzeugt ein Signal, das eine Verringerung des Motordrehmoments aufgrund des Reibungsverlustes wiedergibt.
- Die Ausgaben der Regelelemente 70, 74 und 76 werden an der Summierverbindung 72 zusammengefaßt, in welcher das Signal des Nettomotordrehmomentes Te' das charakteristische Ansprechen, einschließlich Phasenverzögerung und Zeitkonstantenwirkung, des tatsächlichen Motordrehmoments auf eine Störung der Drosselposition aufweist.
- Das Modell 60 enthält ferner die statische Wiedergabe für die Drehmomentwandlereigenschaften, wie seine Verstärkungswirkung des Drehmoments auf das Motordrehmoment und dynamische Eigenschaften wie Phasenverschiebung, Übergangsanstiegszeit und Einschwingzeit.
- Das durch Block 62 wiedergegebene Modell enthält eine Übertragungsfunktion, die das Motordrehmoment auf die Umkehrung des Kupplungsdrucks, die als Ausgabe vom Ventil 38 erzeugt wird, bezieht. Das Ausgabesignal Yff wird durch eine umgekehrte Übertragungsfunktion, die den Betrieb des Magnetventils 38 wiedergibt, auf die Motordrehmomenteingabe bezogen; die verwandten Hydraulikkomponenten zur Betätigung der Drehmomentwandlerumlenkkupplung 34 und der Kupplung selbst. Die Ausgabe ist ein dynamisches Verhalten, das dynamische Eigenschaften wie Phasenverschiebung, Übergangsanstiegszeit, Überschwingen und Dauer des Übergangszustandes enthält. Die Verstärkung wird von einem schnellen Fouriertransformierten Analysator 80 erzeugt, wie beispielsweise einen von Hewlett Packard Corporation hergestellten, der in Figur 4 veranschaulicht und auf diese bezugnehmend beschrieben ist.
- Um die umgekehrte Frequenzabhängigkeit herzustellen werden das Magnet, das vom Magneten betätigte Hydraulikventil 38 und die Umlenkkupplung 34 auf einem Leistungsmesser geprüft. Der in der Umlenkkupplung 34 vorhandene Druck veranlaßt einen Druckwandler 82, ein Rückkopplungssignal zum FFT- Analysator 80 zu erzeugen. Ein gemischtes Frequenzsignal in Form des Eingangsgeräusches wird dem Magneten zugeführt. Eine Ausgabe in analoger Form, die vom Analysator erzeugt wird, läuft durch den A-D-Wandler 86, um ein Signal 88 zu erzeugen, das als Eingabe auf ein Magnet gebracht wird, wenn ein pulsbreitenmoduliertes Signal verwendet wird. Ist das Magnet ein Magnet mit variabler Kraft, wird dem Magnet ein Analogstrom mit gemischter Frequenz zugeführt. Der Analysator enthält einen Plotter 90, der die einheitliche Verstärkung und das Phasenverhältnis des Drucks innerhalb der Kupplung 34 über den Frequenzbereich des auf den Magneten aufgebrachten Signals zeigt.
- In Figur 4 werden Wellenformen gezeigt, die den Ein- Aus-Zustand des Magneten in 92, die Druckausgabe des Hydraulikentils in 94 und den Druck innerhalb der Kupplung 34 in 96 wiedergeben. Die Verstärkung 98 und die Ansprechphase, die vom Analysator 80 in Form einer Übertragungsfunktion erzeugt wird, werden umgekehrt, um eine umgekehrte Ausgabe von Modell 62 als Antwort auf das Nettomotordrehmomentsignals Te' zu erzeugen. Diese Umkehr wird vorgenommen, um die Verzögerung vorauszuerkennen, so daß das auf die Summierverbindung 56 aufgebrachte Drucksignal der Umlenkkupplung in der Phase mit dem Motordrehmomentsignal übereinstimmt, wobei das Signal als Eingabe in Modell 62 eingebracht wird. Demnach wird eine Verzögerung bei der Antwort des Kupplungsdruckes auf eine Störung des Motordrehmomentes vermieden, da das auf den Magneten aufgebrachte Regelsignal der Regeldruckantwort um den exakten Gegenwert der verzögerungszeit vorausgeht. Die Übergangsanstiegszeit der Antwort wird vermieden, da das Regelsignal des Magneten gleich dem genauen Ansteigen der Übergangszeit ist. Figur 3 zeigt die typische, umgekehrte Form des Regelsignals.
- Nun bezugnehmend auf Figur 5, in welcher die Vorwärts- und die Rückwärtsregelung dieser Erfindung mit einer Motordrehmomentwandlereinheit 102, mit Trägheitseinrichtungen des Fahrzeuges und Außenlast 104, mit der Umlenkkupplung 106 und mit dem hydraulischen Steuerventil 108 zusammengefaßt wird. Der Istschlupf wird an der Summierverbindung 112 bestimmt, in welcher ein Pumpendrehzahlsignal auf der Leitung 114 mit einem Turbinendrehzahlsignal auf der Leitung 116 zusammengefaßt wird, um auf der Leitung 118, die Istschlupfausgabe zu erzeugen. Das Sollschlupfsignal auf der Leitung 120 wird von einem Mikroprozessor erzeugt, der den Betriebes des Getriebes regelt, einschließlich der Drehmomentwandlerumlenkkupplung basierend auf Algorithmen, die wiederholt ausgeführt werden, um Eingabeinformationen zu erzeugen, die den aktuellen Zustand verschiedener Betriebsparameter des Getriebes, des Antriebsstranges und des Fahrzeuges angeben. Der Sollschlupf wird am Verbindungspunkt 52 mit dem Istschlupf zusammengefaßt, um einen Schlupffehler zu es als Eingabe in die PID-Steuerung 54 zu erzeugen. Die Ausgabe der Vorwärtsregelung 44 oder eine Verstärkung anstelle eines Vorwärtsregelsignals wird an der Summierverbindung 56 mit der Ausgabe der PID-Steuerung zusammengefaßt. Die Verstärkung 44, die auf den Drosselwinkel aufgebracht wird, erzeugt eine Ausgabe, die zur Drosselpositionseingabe proportional ist. Eine den Kupplungsdruck wiedergebende Spannung, die von einem Druckwandler gemessen wird, wird zur Summierverbindung 56 getragen.
- Die Ausgabe der Summierverbindung 56 wird als Eingabe auf einen pulsbreitenmodulierten Generator 122 aufgebracht, um einen korrigierten Betriebszyklus mit einer Frequenz von ungefähr 67 Hz zu erzeugen. Der Betriebszyklus liegt bei ungefähr 50 Prozent, wenn der Fehler im wesentlichen Null ist und wird gemäß der Größe der Fehlersignaleingabe von dem 50%en Betriebszyklus verändert. Der korrigierte Betriebszyklus ist demnach eine pulsbreitenmodulierte Sägezahnwellenform mit dem erforderlichen Betriebszyklus. Ein Signal mit dieser Wellenform wird als Eingabe in einen Potenzfilter aufgebracht, der den Analogträger vom digitalen Signal subtrahiert. Die Dynamik eines Magneten mit variabler Kraft ist in 126 wiedergegeben, um die Digitalausgabe nach dem Filter 124 in einem Strom umzuwandeln, der den Magneten mit variabler Kraft VFS antreibt. Der Magnet mit variabler Kraft wird von einem Analogsignal angetrieben, die Fehlerverarbeitung in dieser Steuerung wird jedoch von einem digitalen Mikroprozessor vorgenommen; somit werden zahlreiche Umwandlungen an Punkten, die entlang des Systems liegen, vorgenommen, um analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln. Eine Funktion 128 verbindet den Strom des Magneten mit variabler Kraft (VFS) mit dem vom Hydraulikventil 34 erzeugten Kupplungsdruck. Diese Funktion ist so gestaltet, daß, wenn der VFS-Strom Null beträgt, der Kupplungsdruck ungefähr 50 psi (345 kPa) beträgt, und wenn der Strom 1 Ampere beträgt, daß dann der Kupplungsdruck Null ist.
- Das VFS-Drucksignal wird dann von der Funktion 130 verarbeitet, die die Größe des Kupplungsdrucks mit dem statischen Bestandteil des VFS-Drucks zusammengefaßt. Die Funktion 130 erzeugt ein umgekehrtes Verhältnis zwischen diesen Variablen, so daß, wenn der VFS-Druck Null beträgt, der Kupplungsdruck auf seinem Maximalwert von ungefähr 20 psi (138 kPa) liegt, und wenn der VFS-Druck 50 psi (345 kPa) beträgt, liegt der Kupplungsdruck im wesentlichen bei Null. Das Kupplungsdrucksignal, eine von der Übertragungsfunktion 132 als Ausgabe erzeugte Spannung, wird auf der Leitung 137 durch einen Druckwandler hindurch zur Summierverbindung 56 zurückgeführt, um die Stabilität der Betriebszykluskorrektur zu vergrößern, die vom pulsbreitenmodulierten Generator 122 erzeugt wurde. Der Kupplungsdruck wird von der Verstärkung 136 multipliziert, um das Drucksignal in ein Kupplungsdrehmomentsignal umzuwandeln, das auf der Leitung 138 ansteht.
- Das Motordrehmomentumwandlermodell 10 enthält eine Summierverbindung 140, in welcher die Signale, die das Kupplungsdrehmoment, das Pumpenraddrehmoment und das Motordrehmoment wiedergeben, summiert werden, um das Nettoausgabedrehmoment des Motors zu erzeugen. Ein lineares Motormodell 60 erhält das Drosselwinkelpositionssignal als Eingabe, um das gesamte Motorausgabedrehmoment zu erzeugen. Unter 142 wirkt die Motorträgheit auf die Nettomotordrehmomentausgabe, um eine Winkelbeschleunigung des Pumpenrades zu erzeugen, welche einmal durch eine LaPlace-Übertragungsoperation zusammengefaßt wird, um die Winkelgeschwindigkeit des Pumpenrades zu erzeugen. Das Modell 144 für den Drehmomentwandler einschließlich seiner K-Kurvenfunktion und seiner dynamischen Eigenschaften empfängt die Winkelgeschwindigkeit des Pumpenrades und die Winkelgeschwindigkeit der Turbine als Eingabe und erzeugt als Ausgabe das Pumpenraddrehmoment Ti und das Turbinendrehmoment Tt. Das Pumpenraddrehmoment wird zur Summierverbindung 140 rückgeführt und das Turbinendrehmoment wird an Summierverbindung 146 gebracht, wo es mit dem Kupplungsdrehmoment zusammengefaßt wird, um ein Signal zu erzeugen, welches das Drehmoment der Getriebeeingangswelle wiedergibt.
- Das Fahrzeugmodell 104 enthält Konstanten, welche die Zähnezahlverhältnisse 148 wiedergeben, um eine Antriebsbewegung im Vorwärts- oder Rückwärtsgang zu erzeugen, die über die mehrgängige Auslegung des Getriebes hergestellt wird. Wenn das Getriebeeingangsdrehmoment mit der relevanten Zähnezahlverhältniskonstante 148 multipliziert wird, wird ein Signal ausgegeben, welches das Raddrehmoment wiedergibt, und auf die Summierverbindung 150 aufgebracht wird, worin es mit einer Last zusammengefaßt wird, die dem Aerodynamikkoeffizienten des Fahrzeuges zugeordnet ist, um als Ausgabe von dieser Summierverbindung 150 ein Signal zu erzeugen, das die Last an den Antriebsrädern des Fahrzeuges wiedergibt. Die Lastfunktion 152 enthält ein Verhältnis zwischen Fahrzeugdrehzahl und einem gleichwertigen Drehmoment, das wegen des Cw-Wertes, einer Größe des Drehmomentes, der, wenn er von dem maximalen Drehmoment der Getriebeausgangswelle subtrahiert wurde, das Nettodrehmoment ist, das an den Antriebsrädern des Fahrzeuges zur Verfügung steht. Die Fahrzeugträgheit Jt, eine unter 53 gespeicherte Konstante, wird mit dem Nettodrehmoment des Antriebsrades multipliziert, um die Winkelbeschleunigung des Fahrzeuges zu erzeugen, diese Beschleunigung wird einmal durch eine LaPlace-Übertragungsoperation zusammengefaßt, um die Fahrzeugdrehzahl zu erzeugen. Dieser Wert wird dann mit der Kontante 156 multipliziert, um die Ausdehnung der Fahrzeugdrehzahl in Umdrehungen pro Minute umzuwandeln, und dieser Wert wird mit dem Zähnezahlverhältnis 158 multipliziert, um die Turbinendrehzahl in U/min zu erzeugen. Der Wert der Turbinendrehzahl wird als Eingabe in das Drehmomentwandlermodell 144 rückgeführt und als Eingabe in die Summierverbindung 112 aufgebracht, um ein Signal zu erzeugen, das den Istschlupf in U/min wiedergibt. Dieses Signal wird auf der Leitung 118 zur Summierverbindung 52 getragen, in welcher es mit dem Sollschlupf zusammengefaßt wird, um das Fehlersignal zu erzeugen, das der PID-Steuerung 54 als Eingabe zugeführt wird.
- Eine Änderung der Steuerung der Figur 5 ersetzt die Vorwärtsregelung der Figur 1 für die Verstärkung, die durch Block 44 in Figur 5 wiedergegeben ist. Die in Figur 5 veranschaulichte Steuerung erzeugt eine Betriebszykluskorrektur unmittelbar nachdem der Fahrer die Drosselwinkelposition verändert, da das ständig verfügbare TAP Signal unmittelbar abgeschwächt wird, wenn die Vorwärtsregelung für die Eingabe der Verstärkung in den Generator 122 ersetzt wird. Wenn das Motordrehmomentsignal durch den Verstärkungsausdruck 44 hindurchgeführt wird, wird die Übergangsamplitude für den Schlupf um 30 Prozent reduziert. Die Vorwärtsregeltechnik dieser Erfindung, die das Motordrehmomentsignal Te' durch einen Tiefpaßfilter leitet, in zum Magnetventil entgegengesetzter Richtung, verringert den Schlupf auf ideale Weise auf Null, oder in der Praxis auf einen sehr kleinen Wert.
Claims (13)
1. System zur Regelung einer
Drehmomentwandlerumlenkkupplung, die in einem Automatikgetriebe arbeitet,
angepaßt zur Verbindung mit einem Motor, der von einer
Drossel mit verstellbarer Position geregelt wird, und das
folgende Bestandteile beinhaltet:
einen Drehmomentwandler (14) mit einem Pumpenrad
(30), das zur Verbindung mit dem Motor (10) angepaßt ist,
eine Turbine (40), die zur hydrokinetischen Verbindung an das
Pumpenrad (30) angepaßt ist und eine Kupplung (34), deren
vollständige Einrückung das Pumpenrad und die Turbine
mechanisch verbindet, und deren vollständiges Loslassen das
Pumpenrad und die Turbine mechanisch trennt, wobei eine
teilweise Einrückung der Kupplung (34) einen Unterschied in der
Geschwindigkeit oder des Schlupfes zwischen dem Pumpenrad und
der Turbine erlaubt;
eine hydraulische Druckquelle;
ein elektrisches, solenoidbetätigtes Ventil (38), das
die Verbindung zwischen der Druckquelle und der Kupplung (34)
öffnet und schließt, um in der Kupplung Druck von variabler
Größe als Antwort auf ein auf das Solenoid aufgebrachtes
Signal zu erzeugen, wobei die Antwort des Kupplungsdrucks
eine Phase und einen Verstärkungsgrad hat, der im Verhältnis
zur Phase und zum Verstärkungsgrad des genannten Signals
steht;
Mittel zur Erzeugung von Signalen, die die
Pumpenradgeschwindigkeit (Ni), die Turbinengeschwindigkeit (Nt) und
die Drosselstellung (TAP) wiedergeben;
Mittel zur Rückführungsregelung (46), dem ein
Schlupffehlersignal (es) zugeleitet wird, das den Unterschied
zwischen dem tatsächlichen Schlupf und dem Soll-Schlupf
wiedergibt, um ein erstes Regelsignal (Yfd) zu erzeugen;
Mittel zur Vorwärtsregelung (44), dem ein Signal
zugeleitet wird, das die Pumpenradgeschwindigkeit (Ni) und
die Drosselstellung (TAP) wiedergibt, um ein zweites
Regelsignals (Yff) zu erzeugen, dessen Phase und Verstärkung
im Vergleich zur Phase und Verstärkung der Antwort des
Kupplungsdrucks auf ein Signal, das auf ein Solenoid
aufgebracht wird, umgekehrt sind; gekennzeichnet durch;
Mittel zur Summierung (56) des ersten und zweiten
Regelsignals (Yfd und Yff) und zur Erzeugung eines
korrigierten Regelsignals daraus;
Mittel zur Regelung des Geschwindigkeitsunterschiedes
über den Drehmomentwandler (14 bzw. 30 und 40), indem das
genannte korrigierte Signal dem Solenoid zugeleitet wird.
2. System nach Anspruch 1, in welchem das Mittel zur
Rückführungsregelung (46) Ausgleichsmittel (54) zum
Phasenausgleich des des Betriebszyklus des Schlupffehlers (es)
beinhaltet, wobei die Rückführungsregelung (46) einen
proportionalen, integralen und differentialen Kompensator
(PID) einschließt.
3. System nach Anspruch 1, in welchem das Mittel zur
Erzeugung des Turbinengeschwindigkeitssignals beinhaltet:
Mittel, das auf die Signale, die die Drosselstellung
(TAP) und die Motorgeschwindigkeit (Ni) wiedergeben,
anspricht, um ein Signal zu erzeugen, welches das Netto-
Motordrehmoment (Te') wiedergibt;
Mittel zur Erzeugung von Signalen, die das
Turbinendrehmoment und das Kupplungsdrehmoment wiedergeben;
Mittel, das auf die Summe des Motordrehmoments, des
Kupplungsdrehmoments und des Pumpenraddrehmoments anspricht,
um ein Signal zu erzeugen, das die Pumpenradgeschwindigkeit
(Ni) wiedergibt;
Mittel, das Betriebseigenschaften des
Drehmomentwandlers enthält und auf Signale anspricht, welche die
Pumpenradgeschwindigkeit (Ni) und die Turbinengeschwindigkeit (Nt)
wiedergeben, um Signale zu erzeugen, die das
Pumpenraddrehmoment und das Turbinendrehmoment wiedergeben;
Mittel, welches das Betriebszähnezahlverhältnis des
Getriebes (18) enthält, das auf die Summe des
Kupplungsdrehmomentes und des Turbinendrehmomentes anspricht, um ein
Signal zu erzeugen, welches das Drehmoment am Antriebsrad des
Fahrzeuges wiedergibt;
Mittel, die die Trägheit des Fahrzeuges (22) und das
Zähnezahlverhältnis des laufenden Zahnrades enthalten, die
vom Getriebe erzeugt werden und auf das Drehmoment des
Antriebsrades zur Erzeugung eines Signals, das die
Turbinengeschwindigkeit wiedergibt, ansprechen.
4. System nach Anspruch 1, bei welchem das
Regelungsmittel einschließt:
Pulsbreitenmodulation erzeugendes Mittel (122), das
auf das korrigierte Regelsignal anspricht, um ein
Pulsbreitenmodulationssignal mit einer Trägerfrequenz und einen
Betriebszyklus zu erzeugen, die Proportional zum
Schlupffehler (es) sind;
Filtermittel (124), das zum Empfang der
Pulsbreitenmodulationsgeneratorausgabe zur Umwandlung des
Pulsbreitenmodulationssignals in ein kontinuierliches Signal angepaßt
ist;
variable Kraft aufweisendes Solenoidmittel (126), das
ein Steuerventil (108) betätigt, welches mit der Druckquelle
verbunden ist, das auf das kontinuierliche Signal zur
Erzeugung eines hydraulischen Drucksignals anspricht, welches
zum Pulsbreitenmodulationsbetriebszykius umgekehrt
proportional ist;
Mittel zur Erzeugung eines Kupplungsdruckes, der zum
hydraulischen Drucksignal umgekehrt proportional ist.
5. System nach Anspruch 1, bei welchem das Signal,
das die Drosselstellung wiedergibt, durch irgendeines aus der
Gruppe, die aus einer Drosselwinkelstellung (TAP), einem
Massenluftstrom (MAF) oder einem Absolutdruck im
Ansaugstutzen (MAP) besteht, ersetzt werden kann.
6. System nach Anspruch 1, bei welchem das Mittel
zur Vorwärtsregelung (44), dem ein Signal zugeleitet wird,
das die Pumpenradgeschwindigkeit (Ni) und die Drosselstellung
(TAP) wiedergibt;
Mittel (64 bis 76) beinhaltet, die ein Signal
erzeugen, welches das Motordrehmoment wiedergibt und ein
Ansprechmittel
auf das Motordrehmomentsignal zur Erzeugung eines
zweiten Regelsignals, dessen Phase und Verstärkungsgrad im
Vergleich zur Phase und zum Verstärkungsgrad der Antwort des
Kupplungsdrucks auf ein dem Solenoid zugeleitetes Signal
umgekehrt sind;
Mittel zur Summierung (56) des ersten und zweiten
Regelsignals und zur Erzeugung eines korrigierten
Regelsignales daraus;
Mittel zur Regelung des Schlupfes innerhalb des
Drehmomentwandlers (14 bzw. 30 und 40), indem das genannte
korrigierte Regelsignal dem Solenoid zugeleitet wird.
7. System nach Anspruch 6, bei welchem das Mittel
zur Erzeugung des Motordrehmomentes beinhaltet:
Mittel, das auf den Druck im Ansaugstutzen des Motors
stromabwärts von der Motordrossel zur Erzeugung eines
Signals, das den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors (MAP)
wiedergibt, anspricht;
Mittel, das auf die Drosselstellung anspricht, um ein
Signal zu erzeugen, das den Fluiddruckabfall innerhalb der
Motordrossel (TAP) wiedergibt;
Mittel, das auf das Drosselstellungssignal (TAP), das
Motorgeschwindigkeitssignal (Ni), das Druckabfallsignal (CD)
und das Wirkungsgradsignal anspricht, um ein Signal zu
erzeugen, welches das Motordrehmoment (Te') wiedergibt.
8. System nach Anspruch 6, welches ferner
beinhaltet:
Mittel (74), das eine Transferfunktion enthält, welche
Motorgeschwindigkeit und das mit der Überwindung der Motorträgheit
verbundene Drehmoment verbindet, das auf das
Motorgeschwindigkeitssignal (Ni) anspricht, um ein Signal zu erzeugen,
welches das mit der Motorträgheit verbundene Drehmoment
wiedergibt;
Summiermittel (72) zur Kombination des Signals,
welches das Motordrehmoment wiedergibt und des Signals,
welches das mit der Motorträgheit verbundene Drehmoment
wiedergibt, um ein Signal zu erzeugen, welches die statische
und die dynamische Antwort des Motors auf einen Wechsel der
Drosselstellung und der Motorgeschwindigkeit wiedergibt.
9. System nach Anspruch 6, welches ferner
beinhaltet:
Mittel (76), das die Motorgeschwindigkeit mit dem Drehmoment
verbindet, das der Überwindung der Motorreibung zugeordnet
ist, das auf das Motorgeschwindigkeitssignal (Ni) anspricht,
um ein Signal zu erzeugen, welches das Drehmoment wiedergibt,
welches dem Reibungsverlust des Motors zugeordnet ist;
Summiermittel (72) zur Kombination des Signals,
welches das Motordrehiitoment wiedergibt, des Signals, welches
das Drehmoment wiedergibt, welches dem Reibungsverlust des
Motors zugeordnet ist und des Signals, welches das Drehmoment
wiedergibt, welches der Motorträgheit zugeordnet ist, um ein
Signal zu erzeugen, das die statische und dynamische Antwort
des Motors auf einen Wechsel der Drosselstellung und der
Motorgeschwindigkeit wiedergibt.
10. Verfahren zur Regelung einer
Drehmoment-Verriegelungskupplung, die in einem Automatikgetriebe arbeitet,
die zum Anschluß an einen Motor (10) angepaßt ist, der von
einer Drossel mit verstellbarer Stellung (24) geregelt wird,
wobei der Drehmomentwandler (14) ein Pumpenrad (30), welches
zur Verbindung an den Motor angepaßt ist, eine Turbine (40),
welche zur hydrokinetischen Verbindung an das Pumpenrad
angepaßt ist, eine Kupplung (34), deren vollständige
Einrückung das Pumpenrad und die Turbine mechanisch verbindet,
und deren vollständiges Loslassen das Pumpenrad und die
Turbine mechanisch trennt, und das teilweise Einrücken der
Kupplung einen Unterschied in der Geschwindigkeit oder im
Schlupf zwischen dem Pumpenrad (30) und der Turbine (40)
zuläßt, und ein elektrisches solenoidbetätigtes Ventil (38)
hat, das mit der Kupplung in Verbindung steht; welches die
folgenden Schritte beinhaltet:
Erzeugung von Druck mit variabler Größe in der
Kupplung, indem die Verbindung zwischen einer hydraulischen
Druckquelle und der Kupplung (34) geöffnet und geschlossen
wird, als Antwort auf ein dem Solenoid (38) zugeleitetes
Signal, wobei die Antwort des Kupplungsdrucks eine Phase und
einen Verstärkungsgrad hat, die zur Phase und zum
Verstärkungsgrad des genannten Signals im Verhältnis steht;
Erzeugung von Signalen, die die
Pumpenradgeschwindigkeit (Ni), die Turbinengeschwindigkeit (Nt) und die
Drosselstellung (TAP) wiedergeben;
Erzeugung eines ersten Regelsignals als Antwort auf
ein Schlupffehlersignal (es), das den Unterschied zwischen
dem tatsächlichen Schlupf und dem Soll-Schlupf wiedergibt;
Erzeugung eines zweiten Regelsignals, dessen Phase
und Verstärkungsgrad in Bezug zur Phase und zum
Verstärkungsgrad des Kupplungsdrucks umgekehrt sind, als Antwort auf ein
dem Solenoid zugeleitetes Signal;
gekennzeichnet durch;
Summierung des ersten und zweiten Regelsignals und
Erzeugung eines korrigierten Regelsignals daraus;
Regelung des Geschwindigkeitsunterschiedes innerhalb
des Drehmomentwandlers durch Zuleitung des genannten
korrigierten Signals an das Solenoid.
11. Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner
beinhaltet;
Erzeugung eines Signals, welches das
Netto-Motordrehmoment (Te') wiedergibt als Antwort auf die Signale, die die
Drosselstellung und die Motorgeschwindigkeit wieder-geben;
Erzeugung von Signalen, die das Turbinendrehmoment
und das Kupplungsdrehmoment wiedergeben;
Erzeugung eines Signals, das die
Pumpenradgeschwindigkeit als Antwort auf die Summe des Motordrehmoments, des
Kupplungsdrehmoments und des Pumpenraddrehmoments wiedergibt;
Erzeugung von Signalen, die das Pumpenraddrehmoment
und das Turbinendrehmoment als Antwort auf Signale
wiedergeben, welche die Pumpenradgeschwindigkeit und die
Turbinengeschwindigkeit wiedergeben;
Erzeugung eines Signals, welches das Drehmoment an
Antriebsrad des Fahrzeuges als Antwort auf die Summe des
Kupplungsdrehmoments und des Turbinendrehmoments wiedergibt;
Erzeugung eines Signals, welches die
Turbinengeschwindigkeit als Antwort auf das Drehmoment des
Antriebsrades wiedergibt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner
beinhaltet:
Erzeugung eines Pulsbreitenmodulationssignals mit
einer Trägerfrequenz und einem Betriebszyklus, die
proportional zum Schlupffehler sind;
Umwandlung des Pulsbreitenmodulationssignals in ein
kontinuierliches Signal;
Erzeugung eines Druckluftsignals, das zum
Pulsbreitenmodulationslastspiel umgekehrt proportional ist;
Erzeugung eines Kupplungsdruckes, der zum
Druckluftsignal umgekehrt proportional ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner
beinhaltet:
Umwandlung des Kupplungsdruckes in ein Signal, das
den Kupplungsdruck wiedergibt;
Summierung des ersten und zweiten Regelsignals und
des Signals, welches den Kupplungsdruck wiedergibt und
Erzeugung eines korrigierten Signals daraus;
Regelung des Geschwindigkeitsunterschiedes innerhalb
des Drehmomentwandlers durch Zuleitung des genannten
korrigierten Regelsignals an das Solenoid.
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