WO2017025382A2 - Verfahren zum betrieb eines antriebsstranges eines fahrzeugs mit einem kupplungsaggregat zur verteilung von drehmoment - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a drive train of a vehicle having a clutch assembly for distributing torque on a primary axle and a secondary axle of the vehicle.
  • the invention particularly relates to a method for vehicle dynamics control in demand-oriented four-wheel drive systems and, in this context, to all vehicles in which information regarding the current engine torque, the longitudinal acceleration and / or the lateral acceleration, the yaw rates (denotes the speed of rotation of a vehicle around the vertical axis) and the wheel speeds are present.
  • the invention relates insofar in particular four-wheel drive vehicles in which either the rear axle or the front axle can be switched by means of an electronically controlled clutch unit.
  • the clutch unit is in particular an electronically controlled multi-plate clutch.
  • a method for operating a drive train of a vehicle should be specified, in which the distribution of torque to a primary axle and a secondary axle of the vehicle is designed to be particularly efficient under driving dynamics aspects and / or environmental criteria.
  • the process should in particular also lead to ensure a high degree of traction and driving dynamics in the border area, while minimizing the use of power and minimal losses in the drive should be taken strtemp.
  • a method for operating a drive train of a vehicle with a clutch unit for distributing torque on a primary axle and a secondary axle of the vehicle comprising at least the following steps:
  • the method is based, in particular, on a comparison of the drive torque currently present on the output side of the gearbox and made available to the vehicle with the torque which can potentially be deducted at the primary axis. The difference between the two moments can or must then be forwarded to the secondary axis.
  • the method presented here it is achieved, in particular, that on the one hand, the most accurate possible information about the drive torques provided by the engine, in particular taking into account the driver's request, and on the other hand the torque deductible on the primary axis is also estimated as accurately as possible.
  • This procedure In particular, allows to electronically actuate an electronically controlled multi-plate clutch in the clutch unit so that as little all-wheel torque as possible, but so much necessary by the drive strlid transmitted to the attached secondary axle.
  • step (a) it is first determined which drive torque is currently available for the drive strCode. For this purpose, it is determined in particular which drive torque output of the gearbox is provided to the drive strCode. For this purpose, sensory measurement data, maps, etc. can be used. In particular, the currently available drive torque is calculated. The drive torque is calculated in particular on the basis of an engine torque provided by the drive of the vehicle.
  • a distinction is made between the driver's desired torque (engine nominal torque) and the current engine torque. The difference in time between the two signals allows an anticipatory actuation of the actuator for the operation of the clutch unit and significantly improves the overall driving behavior of the four-wheel drive system, especially in the dynamic driving limit range. Since the driver's desired torque usually has significant deviations upwards from the actually provided engine torque, the current engine torque is also considered to improve the accuracy.
  • an excess torque is determined on the primary axis. For this purpose, it is in particular calculated which moment actually can actually be converted from the primary-driven axle into a forward drive movement of the vehicle, and this is compared with the drive torque provided by the drive. As far as the drive torque is actually greater than the propulsion convertible torque on the primary driven axle, an excess torque can be identified. This excess torque would thus be basically freely available for driving the secondary axle. According to step (c), it is determined which maximum torque at the secondary axis actually can actually be translated into propelling motion. This current maximum torque on the secondary axis can also be determined or calculated.
  • step (d) the excess torque which can not be converted at the primary axis is now transmitted to the secondary axle, but only so far that the maximum torque which can actually be converted there is not exceeded.
  • step (d) provides a limitation of the torque distributed to the secondary axis as a function of the currently maximum actionable height.
  • step (a) such that at least one of the following processes is included:
  • an engine torque can be calculated, which corresponds very closely to the conditions at the entrance of the gearbox.
  • the torque present at the transmission input can be converted into an output torque.
  • This drive torque is available in the vehicle and can be distributed as needed to the primary and secondary axis of the vehicle.
  • step (b) At least one of the following processes is preferably included:
  • An estimate of the transmittable torque on the primary axle can be used to calculate the excess torque, which can be forwarded to the secondary axle via the on demand clutch unit (on-demand clutch), considering the engine torque requested by the driver If necessary, the clutch unit can be actuated in a predictive manner so that no speed difference between the primary axle and the secondary axle can arise.
  • on demand clutch unit on-demand clutch
  • a vehicle computing model For estimating the loads or realizable torques on the primary axis and also on the secondary axis, a vehicle computing model can be used, whereby the axle load distribution and the wheel load distribution of the secondary axle can be determined via, for example, simple geometrical relationships and some vehicle operating parameters.
  • step (c) comprises at least one of the following processes:
  • c. l determining the current maximum torque on the secondary axle taking into account at least one of the following parameters: steering angle, transmission gear, driving dynamics range;
  • c.2 determining the current maximum torque on the secondary axle, taking into account a coefficient of friction between the wheel and the ground,
  • c.3 determining the current maximum torque on the secondary axle, taking into account a speed difference between the primary axle and the secondary axle
  • c.4 Determine the current maximum torque on the secondary axle, taking into account a thrust torque distribution on all wheels of the primary and secondary axles. It is particularly preferred here for at least two of the processes c. l to c.4, in particular even three or even all four processes.
  • a coefficient of friction between the wheel and the ground serves as a control variable for the distribution of torque on a primary axle and a secondary axle of the vehicle and is adapted abruptly or iteratively as a function of current operating parameters of the vehicle.
  • a rate of change of the adaptation of the coefficient of friction is variable.
  • a ratio of torque on a primary axis to the torque on a secondary axis is set variably as a function of a coefficient of friction between the wheel and the substrate.
  • the geometry data for the wheel or the wheels of the vehicle are known.
  • an estimate of the current coefficient of friction can be achieved.
  • the following mechanisms can be used for this purpose:
  • a vectorial addition of longitudinal accelerations and lateral acceleration on the vehicle provides a basic friction coefficient, which is currently derived from the
  • the slave pointer function is bypassed and downgraded much faster (again) to the base friction coefficient.
  • This approach is based in particular on the assumption that an understeer reaction or oversteer reaction of the vehicle is directly related to exceeding the static friction either at the front axle or at the rear axle.
  • the currently measured vehicle yaw rate is compared with the yaw rate calculated from the single track model stored in the controller (familiar to the person skilled in the art).
  • the estimated coefficient of friction is used to influence the height of the moment, which can be deduced from the primary driven axle, and thus directly also the torque to be transmitted to the secondary driven axle.
  • the mechanism first sets the Friction coefficient of the secondary axis fixed, possibly also in dependence of the other three above mechanisms. This assumed coefficient of friction leads to an excess torque on the secondary driven axle. As soon as this excess torque has been set and further boundary conditions are fulfilled, the coefficient of friction is slowly increased. Until the second large controller module - the slip controller - engages here.
  • the distribution of torque on a primary axis and a secondary axis of the vehicle is at least carried out in overrun mode.
  • the driving state is referred to as overrun operation, in which the motor is dragged through the vehicle, ie kept in rotary motion, when the force is not separated (for example, when the clutch is not engaged).
  • the method is preferably set up in such a way that an engine torque (or desired driver torque or desired engine torque) requested by the driver is detected and taken into account (possibly in addition to the current engine torque), wherein the clutch unit is actuated anticipatory or anticipatory.
  • the invention finds particular application in a vehicle having a device for variably distributing torque on different axles of the vehicle, the device being suitable and arranged for carrying out the method described here.
  • the invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to the figures. It should be noted that the invention should not be limited by the embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description. They show schematically:
  • Fig. 2 a control concept with several modules to illustrate the
  • Fig. 3 the illustration of a first module
  • Fig. 4 the illustration of a second module
  • Fig. 5 the illustration of a third module
  • Fig. 6 the illustration of a fourth module.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a vehicle 4, with respect to the relevant with the operation of the drive train 19 component.
  • the vehicle 4 has a (with fuel and / or electrically operated) motor 7, which a gearbox 8 is assigned directly. Downstream of the gearbox 8 is a transfer case 20, which the drive torque from the gearbox 8 in a predetermined symmetrical or asymmetrical relationship to a front pri Axis 2 and a rear secondary axle 3 of the vehicle 4 divides.
  • the drive torque is transmitted via the side shafts 14, and the longitudinal shaft 15 toward the wheels 9 of the vehicle 4.
  • a clutch unit 1 is provided, which is connected upstream, for example, a rear differential gear 21 and a multi-plate clutch, and externally controllable actuation units 5 for activation, or deactivation, has. It is understood that the clutch unit 1 can also be arranged at a different location within the drive train, for example at the front of the connection, or integrated in the transfer case 20.
  • the actuation unit 5 is controlled by an electronic control unit or device 6, which has corresponding electrical Control currents via corresponding actuating lines 17 outputs to the actuator unit 5.
  • a serial BUS arrangement 16 is provided which can be designed, for example, as a CAN (Controller Area Network) -BUS.
  • the control unit comprises a program-controlled microprocessor and an electronic memory in which a control program is stored.
  • corresponding control signals for the actuating unit 5 are generated by the microprocessor in accordance with a control program.
  • the control unit is dependent on information about various operating parameters of the vehicle.
  • the control unit can access various signals via the BUS arrangement 16 which are representative of these operating parameters.
  • wheel sensors 13 are provided for one (each) wheel, as are steering sensors 18 for determining a steering angle 11 of the vehicle and (via signal lines). ter 12) connected to the control unit or device 6 via the BUS arrangement 16.
  • RI control concept
  • various input signals IS
  • various modules SRI, SR2, SR3, SR4, SR5
  • an output signal for operation or the operation of a clutch unit OS
  • the control concept (RI) provides in particular that findings from the module SRI are transferred to the module SR2 and then the results from the modules SR2, SR3 and SR4 are routed jointly to the analysis and output module SR5, which then finally the currently set transmission ratio with respect to the distribution of torque towards the secondary axis pretends and / or adjusts.
  • the SRI module relates to a so-called pre-control module (PTM), which calculates an excess torque from the described torque comparison on the primary-driven axle, which is forward-fed to the secondary-driven axle.
  • the module SR2 is a so-called pre-control limitation module (PLM, preemptive limitation module), which the pre-controlled excess torque to the secondary axis depending on z.
  • PLM pre-control limitation module
  • B the steering angle, the current transmission gear and / or the distance of the current driving situation towards the driving dynamic limit range (depending on the current coefficient of friction) limited. This is done in particular self-adjusting or automatically (preferably without new data collection for values of the operating parameters of the vehicle).
  • the module SR3 particularly relates to a traction control module (TCM) which monitors the speed difference between the primary axis and the secondary axis.
  • TCM traction control module
  • Rl comprises the module SR4, in particular a so-called vehicle dynamics module (VDM), which monitors the distribution of the thrust moment on all wheels.
  • VDM vehicle dynamics module
  • a yaw rate comparison ensures that the vehicle has not reached an unstable driving state.
  • module SR4 can also be an off-road function which, in the event of an unwanted reverse slipping of the vehicle, attempts to transmit a predefinable clutch braking torque from the front axle to the more heavily loaded rear axle. As a result, the controllability and thus driving safety is specifically increased.
  • Fig. 3 serves to illustrate the module SRI.
  • the module consists in particular of the following subsystems:
  • a subsystem SR 1.2 which calculates the transmitted torque at the front axle (possibly based on determined operating parameters, such as lateral acceleration, longitudinal acceleration and / or axle load at the front axle),
  • a subsystem SRI.3 which calculates the transmitted torque at the rear axle (possibly based on determined operating parameters, such as lateral acceleration, longitudinal acceleration, wheel speed, four-wheel drive mode and / or axle load at the rear axle),
  • a subsystem SR 1.4 which parameterizes a basic torque (possibly based on determined operating parameters, such as gearbox situation, vehicle speed, steering angle and / or four-wheel operating mode), a subsystem SRI.5, in which the excess torque is determined (if necessary results of the subsystems SR1.1 to SRI .4, as well as determined operating parameters, such as driver's desired torque and currently available
  • subsystem SR2.1 the torque provided by the SRI module is differentiated, in particular, from the steering angle and the vehicle speed and, secondly, between normal driving and a special trip (eg off-road driving) and restricted accordingly.
  • Subsystem SR2.2 additionally makes a gear-dependent restriction and at the same time decides whether the vehicle is driving straight (strong limitation), is at low friction value at the limit (medium limitation) or at a high friction value at the limit (no limitation).
  • the input tax share can be intelligently reduced and limited.
  • further different parameters can be specified, whose torque limitation can also be carried out differently.
  • Fig. 5 illustrates the module SR3, namely a slip controller, which consists for example of a PI controller, which uses as input the compensated wheel speed difference between the primary axis and the secondary axis.
  • this module mainly causes a compensation for the speed difference, which is done in subsystem SR3.1.
  • this module z For example, one or more of the following compensations are made:
  • SR4.1 can also specify and tune the pilot torque altitude, the speed range, and other various modes.
  • a function is located in subsystem SR4.2, which focuses specifically on off-road driving. If the vehicle comes to a standstill on a slope in terrain and the driver now signals by switching on reverse that he wants to drive back controlled, a situation detection provides a constant torque to the secondary axle, which prevents the unloaded front axle blocked by the at least rigid brake force distribution and thus the vehicle is uncontrollable. In addition, the prevailing at the front axle brake volume is thus transmitted to the rear axle. The vehicle is much easier to control and clean down the slope again. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges (19) eines Fahrzeugs (4) mit einem Kupplungsaggregat (1) zur Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse (2) und einer sekundären Achse (3) des Fahrzeuges (4), wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: a) Bestimmen eines verfügbaren Antriebs-Drehmoments; b) Bestimmen eines Überschuss-Drehmoments an der primären Achse (2); c) Bestimmen eines aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3); d) Bereitstellen des Überschuss-Drehmoments an die sekundäre Achse (3) soweit dies das Maximal-Drehmoment nicht überschreitet.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs mit einem Kupplungsaggregat zur Verteilung von Drehmoment
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebs- Stranges eines Fahrzeuges mit einem Kupplungsaggregat zur Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse und einer sekundären Achse des Fahrzeuges. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Methode für eine Fahrdynamik- Regelung bei bedarfsorientierten Allrad-Systemen und in diesem Zusammenhang grundsätzlich alle Fahrzeuge, bei denen Informationen hinsichtlich des aktuellen Motormoments, der Längsbeschleunigung und/oder der Querbeschleunigung, der Gierraten (Bezeichnet die Geschwindigkeit der Drehung eines Fahrzeugs um die Hochachse) und der Raddrehzahlen vorliegen. Die Erfindung betrifft insofern insbesondere Allrad- getriebene Fahrzeuge, bei denen mittels eines elektronisch geregelten Kupplungsaggregates entweder die Hinterachse oder die Vorderachse zugeschaltet werden kann. Bei dem Kupplungsaggregat handelt es sich insbesondere um eine elektronisch gesteuerte Lamellenkupplung.
Es sind Ansätze zur Ansteuerung einer elektronisch geregelten Lamellenkupplung bekannt, die hauptsächlich auf einer Betrachtung einer je nach Anwendungen re- levanten Drehzahldifferenz am Eingang und Ausgang der Lamellenkupplung basieren. Somit wurde bislang im Wesentlichen mit Bezug auf die aktuell vorliegende Drehzahldifferenz (nachträglich) reagiert. Dies hat aber diverse fahrdynamische Nachteile. Weiter ist zu berücksichtigen, dass bei bekannten Systemen üblicherweise eine starre beziehungsweise im Verhältnis feste Umverteilung des Antriebsstrangmoments hin zur bedarfsweise zuschaltbaren beziehungsweise sekundären Achse erfolgt, was zu einem unverhältnismäßig hohen Leistungstransfer über den angehängten Antriebs sträng und somit zu erhöhtem Kraftstoff konsum und Verschleiß führt. Dies ist gerade unter den aktuellen Klimazielen und dem gewünschten C02- Einsparmaßnahmen der Automobilhersteller nicht zielführend. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Fahrzeu- ges angegeben werden, bei dem die Verteilung von Drehmoment auf eine primäre Achse und eine sekundäre Achse des Fahrzeuges unter fahrdynamischen Aspekten und/oder Umweltkriterien besonders effizient gestaltet ist. Das Verfahren soll insbesondere auch dazu führen, im Grenzbereich ein hohes Maß an Traktion und Fahrdynamik sicherzustellen, wobei gleichzeitig minimaler Leistungseinsatz und minimale Verluste im Antriebs sträng hingenommen werden sollen.
Hierzu trägt ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebstranges eines Fahrzeuges mit einem Kupplungsaggregat zur Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse und einer sekundären Achse des Fahrzeuges bei, wobei das Verfah- ren zumindest folgende Schritte umfasst:
(a) Bestimmen eines verfügbaren Antriebs-Drehmoments;
(b) Bestimmen eines Überschuss-Drehmoments an der primären Achse;
(c) Bestimmen eines aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse;
(d) Bereitstellen des Überschuss-Drehmoments an die sekundäre Achse, soweit dies das Maximal-Drehmoment nicht überschreitet.
Das Verfahren beruht insbesondere auf einem Vergleich des am Ganggetriebe ausgangsseitig aktuell anliegenden und dem Fahrzeug zur Verfügung gestellten Antriebs-Drehmoments mit dem potentiell an der primären Achse absetzbaren Moment. Die Differenz der beiden Momente kann oder muss dann an die sekundäre Achse weitergeleitet werden. Mit dem hier vorgestellten Verfahren wird insbesondere erreicht, dass einerseits möglichst genaue Angaben der vom Motor bereitgestellten Antriebs-Drehmomente, insbesondere unter Berücksichtigung des Fahrerwunschs, vorliegen und andererseits das an der primären Achse absetzbare Drehmoment ebenfalls möglichst genau abgeschätzt wird. Dieses Verfahren er- laubt insbesondere, eine elektronisch gesteuerte Lamellenkupplung bei dem Kupplungsaggregat vorausschauend so zu aktuieren, dass so wenig Allrad- Moment wie möglich, aber so viel nötig durch den Antriebs sträng zur angehängten sekundären Achse übertragen wird.
Gemäß Schritt (a) wird zunächst bestimmt, welches Antriebs-Drehmoment für den Antriebs sträng aktuell verfügbar ist. Hierzu wird insbesondere ermittelt, welches Antriebs-Drehmoment ausgangs des Ganggetriebes dem Antriebs sträng bereitgestellt wird. Hierzu können sensorische Messdaten, Kennfelder, etc. verwen- det werden. Insbesondere wird das aktuell verfügbare Antriebs-Drehmoment berechnet. Das Antriebs-Drehmoment wird insbesondere anhand eines vom Antrieb des Fahrzeuges bereitgestellten Motormoments errechnet. Hierbei wird zwischen Fahrerwunschmoment (Motor-Sollmoment) und aktuellem Motormoment unterschieden. Die zeitliche Differenz beider Signale erlaubt eine vorauseilende Aktu- ierung des Stellglieds für den Betrieb des Kupplungsaggregates und verbessert das Gesamtfahrverhalten des Allradsystems gerade im fahrdynamischen Grenzbereich erheblich. Da das Fahrerwunschmoment zumeist deutliche Abweichungen nach oben vom tatsächlich bereitgestellten Motormoment aufweist, wird zur Verbesserung der Genauigkeit auch das aktuelle Motormoment betrachtet.
Gemäß Schritt (b) wird ein Überschuss-Drehmoment an der primären Achse bestimmt. Hierzu wird insbesondere errechnet, welches Moment aktuell tatsächlich von der primär angetriebenen Achse in eine Vortriebsbewegung des Fahrzeuges umgesetzt werden kann, und dieses mit dem seitens des Antriebs bereitgestellten Antriebs-Drehmoment verglichen. Soweit das Antriebs-Drehmoment tatsächlich größer als das in Vortrieb umsetzbare Drehmoment an der primär angetriebenen Achse ist, lässt sich ein Überschuss-Drehmoment identifizieren. Dieses Überschuss-Drehmoment wäre damit für den Antrieb der sekundären Achse grundsätzlich frei verfügbar. Gemäß Schritt (c) wird bestimmt, welches Maximal-Drehmoment an der sekundären Achse aktuell tatsächlich in Vortriebsbewegung umgesetzt werden kann. Auch dieses aktuelle Maximal-Drehmoment an der sekundären Achse kann ermittelt beziehungsweise berechnet werden.
Gemäß Schritt (d) wird nun das an der primären Achse nicht umsetzbare Über- schuss-Drehmoment an die sekundäre Achse übertragen, aber nur so weit, dass das dort tatsächlich umsetzbare Maximal-Drehmoment nicht überschritten wird. Insofern stellt Schritt (d) eine Limitierung des auf die sekundäre Achse verteilten Drehmoments in Abhängigkeit der aktuell maximal umsetzbaren Höhe bereit.
Besonders bevorzugt ist Schritt (a) derart, dass zumindest einer der folgenden Prozesse umfasst ist:
a.1 Ermittlung von Betriebsparametern eines Motors des Fahrzeuges, a.2 Bestimmung eines Eingangsmoments an dem Ganggetriebe,
a.3 Bestimmung des verfügbaren Antriebs-Drehmoments aus dem Eingangsmoment an dem Ganggetriebe.
Aus den im Fahrzeug vorhandenen Signalen der Motorsteuerung kann beispielsweise ein Motormoment errechnet werden, das sehr genau den Verhältnissen am Eingang des Ganggetriebes entspricht. Mittels einer Gangerkennung bei Schaltgetrieben oder einer entsprechenden Getriebeinformation bei Automatikgetrieben kann das am Getriebeeingang vorliegende Moment in ein Ausgangsmoment umgerechnet werden. Dieses Antriebs-Drehmoment steht im Fahrzeug zur Verfügung und kann bedarfsgerecht auf die primäre und sekundäre Achse des Fahrzeuges verteilt werden.
Bei der Durchführung des Schrittes (b) ist bevorzugt mindestens einer der folgenden Prozesse umfasst:
b. l Bestimmung eines an der primären Achse benötigten Drehmoments oder umsetzbaren Drehmoments, b.2 Ermittlung des Uberschuss-Drehmoments unter Berücksichtigung des verfügbaren Antriebs-Drehmoments einerseits und dem an der primären Achse benötigten oder umsetzbaren Drehmoments.
Über eine Abschätzung des übertragbaren Moments an der primären Achse kann das Überschuss-Drehmoment errechnet werden, das über das bedarfsgerecht betätigbare Kupplungsaggregat (,,on-demand"-Kupplung) an die sekundäre Achse weitergeleitet werden kann. Aus der Betrachtung des vom Fahrer angeforderten Motormoments kann das Kupplungsaggregat vorausschauend aktuiert werden, so dass keine Drehzahldifferenz zwischen der primären Achse und der sekundären Achse entstehen können.
Zur Abschätzung der Lasten, beziehungsweise umsetzbaren Drehmomente an der primären Achse und auch an der sekundären Achse kann ein Fahrzeug- Rechenmodell genutzt werden, wobei über beispielsweise einfache, geometrische Zusammenhänge und einige Fahrzeugbetriebsparameter die Achslastverteilung und die Radlastverteilung der sekundären Achse ermittelt werden können.
Zudem wird bevorzugt, dass Schritt (c) zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst:
c. l: Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse unter Berücksichtigung mindestens einer der folgenden Parameter: Lenkwinkel, Getriebegang, Fahrdynamikbereich;
c.2: Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse, unter Berücksichtigung eines Reibwertes zwischen Rad und Untergrund,
c.3: Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse, unter Berücksichtigung einer Drehzahldifferenz zwischen primärer Achse und sekundärer Achse, c.4: Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse unter Berücksichtigung einer Schubmomentverteilung an allen Rädern der primären Achse und sekundären Achse. Ganz besonders bevorzugt ist hierbei, dass zumindest zwei der Prozesse c. l bis c.4 durchgeführt werden, insbesondere sogar drei oder sogar alle vier Prozesse.
Ganz besonders bevorzugt ist, dass ein Reibwert zwischen Rad und Untergrund als Regelgröße für die Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse und einer sekundären Achse des Fahrzeuges dient und in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeuges sprunghaft oder iterativ angepasst wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass eine Änderungsgeschwindigkeit der Anpassung des Reibwertes variabel ist.
Zudem ist vorteilhaft, dass ein Verhältnis von Drehmoment an einer primären Achse zum Drehmoment an einer sekundären Achse in Abhängigkeit eines Reibwertes zwischen Rad und Untergrund variabel eingestellt wird. Mit Bezug auf den Einsatz der vorstehend angeführten Parameter und insbesondere hinsichtlich des Reibwertes ist insbesondere folgendes anzumerken.
Üblicherweise sind die Geometrie-Daten zum Rad beziehungsweise der Räder des Fahrzeuges bekannt. Hiervon ausgehend kann unter Berücksichtigung diverser aktueller beziehungsweise berechneter Betriebsparameter des Fahrzeuges und/oder Messdaten zugehöriger Sensorik eine Abschätzung des aktuellen Reibwertes erreicht werden. Hierfür können insbesondere folgende Mechanismen eingesetzt werden:
1. Eine vektorielle Addition von Längsbeschleunigungen und Querbeschleu- nigungen am Fahrzeug liefert einen Grundreibwert, welcher aktuell vom
Fahrzeug ausgenutzt wird. Dieser Wert bildet die Grundlage einer Ab- Schätzung. Die weiteren Mechanismen, die im Folgenden vorgestellt werden, können diesen so ermittelten Grundreibwert regelmäßig nicht unterschreiten. Der so ermittelte Grundreibwert wird (mit einer sogenannten Schleppzeiger-Funktion) intermittierend oder kontinuierlich erhöht. Ober- halb einer frei einstellbaren Grenze (Hochreibwertbereich) bevorzugt schnell, unterhalb dieser frei einstellbaren Grenzen (Niedrigreibwertbe- reich) langsamer.
Im Fall, dass eine Gierratenabweichung (Abweichung zwischen aktuell vorliegender Gierrate und Soll-Gierrate) festgestellt wird, wird die Schleppzeiger-Funktion umgangen und deutlich schneller (wieder) auf den Grundreibwert heruntergestuft. Diesem Ansatz liegt insbesondere die Annahme zugrunde, dass eine Untersteuerreaktion oder Übersteuerreaktion des Fahrzeuges direkt mit einer Überschreitung der Haftreibung entweder an der Vorderachse oder an der Hinterachse zusammenhängt. In dem Gierratenvergleich wird die aktuell gemessene Fahrzeug-Gierrate mit der aus dem (in der Steuerung abgelegten und dem Fachmann geläufigen) Ein- spur-Modell errechneten Gierrate verglichen.
Im Fall, dass an der primär angetriebenen Achse Schlupf (= Abweichen der Geschwindigkeiten miteinander in Reibkontakt stehender mechanischer Elemente: hier Rad und Untergrund) auftritt, der aus dem anliegenden Antriebs-Drehmoment resultiert, wird über die abgeschätzte Achslast, den Radhalbmesser und den Antriebsmoment direkt ein Reibwert ermittelt.
Weiter werden dann zwei Reglermodule miteinander gekoppelt. Durch den abgeschätzten Reibwert wird die Höhe des, an der primär angetriebenen Achse absetzbare, Moment und somit direkt auch das zur sekundär angetriebenen Achse zu leitende Moment beeinflusst. Je niedriger der Reibwert an der primären Achse, desto mehr Moment kann/muss zur sekundär angetriebenen Achse geleitet werden. Der Mechanismus setzt zunächst den Reibwert der sekundären Achse fest, ggf. auch in Abhängigkeit der anderen drei vorstehenden Mechanismen. Dieser angenommene Reibwert führt zu einem Überschuss-Drehmoment an der sekundär angetriebenen Achse. Sobald sich dieses Überschuss-Drehmoment eingestellt hat und weitere Randbedingungen erfüllt sind, wird der Reibwert langsam erhöht. Solange bis das zweite große Reglermodul - der Schlupfregler - hier greift.
Ganz besonders bevorzugt ist, dass die Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse und einer sekundären Achse des Fahrzeuges jedenfalls auch im Schubbetrieb vorgenommen wird. Als Schubbetrieb wird bei einem motorisierten Fahrzeug der Fahrzustand bezeichnet, in dem bei nicht getrenntem Kraftschluss (z. B. bei nicht getretener Kupplung) der Motor durch das Fahrzeug geschleppt, also in Drehbewegung gehalten wird. Das Verfahren ist bevorzugt so eingerichtet, dass (ggf. neben dem aktuellen Motormoment zusätzlich auch) ein vom Fahrer angefordertes Motormoment (bzw. Fahrerwunschmoment oder Motor-Sollmoment) erfasst und berücksichtigt wird, wobei das Kupplungsaggregat vorausschauend bzw. vorauseilend aktuiert wird. Da das Motor-Sollmoment aktuell noch nicht anliegt aber zukünftig anliegen soll, kann die darauf basierende Aktivierung des Kupplungsaggregats zeitlich vorauseilend erfolgen. Dies kann so erfolgen, dass keine Drehzahldifferenz zwischen der primären Achse und der sekundären Achse entsteht. Dieses Verfahren erlaubt insbesondere, eine elektronisch gesteuerte Lamellenkupplung bei dem Kupplungsaggregat vorausschauend bzw. vorauseilend so zu aktuieren, dass so wenig Allrad- Moment wie möglich, aber so viel wie nötig durch den Antriebs sträng zur angehängten sekundären Achse übertragen wird.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einem Fahrzeug mit einer Einrichtung zur variablen Verteilung von Drehmoment auf unterschiedlichen Achsen des Fahrzeuges, wobei die Einrichtung geeignet und eingerichtet zur Durchführung des hier geschilderten Verfahrens ist. Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:
Fig. 1: ein Fahrzeug mit einer Einrichtung zur variablen Verteilung von
Drehmoment auf unterschiedliche Achsen des Fahrzeuges, das grundsätzlich geeignet und eingerichtet ist zur Durchführung des hier erläuterten Verfahrens,
Fig. 2: ein Regelkonzept mit mehreren Modulen zur Veranschaulichung des
Verfahrens,
Fig. 3: die Veranschaulichung eines ersten Moduls, Fig. 4: die Veranschaulichung eines zweiten Moduls, Fig. 5: die Veranschaulichung eines dritten Moduls, und Fig. 6: die Veranschaulichung eines vierten Moduls.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Fahrzeuges 4, bezüglich der mit dem Betrieb des Antriebsstranges 19 maßgeblichen Komponente. Das Fahrzeug 4 hat einen (mit Kraftstoff und/oder elektrisch betrieben) Motor 7, dem ein Ganggetriebe 8 direkt zugeordnet ist. Dem Ganggetriebe 8 nachgeordnet ist ein Verteilergetriebe 20, welches das Antriebsmoment vom Ganggetriebe 8 in einem vorbestimmten symmetrischen oder unsymmetrischen Verhältnis auf eine vordere pri- märe Achse 2 und eine hintere sekundäre Achse 3 des Fahrzeuges 4 aufteilt. Das Antriebsmoment wird so über die Seitenwellen 14, beziehungsweise die Längswelle 15 hin zu den Rädern 9 des Fahrzeuges 4 übertragen. Weiter ist ein Kupplungsaggregat 1 vorgesehen, das beispielsweise einem hinteren Differentialgetriebe 21 vorgeschaltet ist und eine Lamellenkupplung, sowie extern steuerbare Betätigungseinheiten 5 zur Aktivierung, beziehungsweise Deak- tivierung, aufweist. Es versteht sich, dass das Kupplungsaggregat 1 auch an einer anderen Stelle innerhalb des Antriebsstranges angeordnet sein kann, beispielswei- se vorne am Anschluss, beziehungsweise integriert bei dem Verteilergetriebe 20. Die Betätigungseinheit 5 wird von einer elektronischen Steuereinheit beziehungsweise Einrichtung 6 gesteuert, die entsprechend elektrische Steuerströme über entsprechende Betätigungsleitungen 17 an die Betätigungseinheit 5 abgibt. Zur elektrischen Signalübertragung von und zur Steuereinheit beziehungsweise Einrichtung 6 ist eine serielle BUS-Anordnung 16 vorgesehen, die beispielsweise als CAN (Controller area network)-BUS ausgebildet sein kann. Schnittstellen, Protokolle und elektrische Schaltungstechnik für die Signalübertragung auf einen CAN-BUS sind bekannt und müssen hier nicht näher erläutert werden. Es versteht sich, dass alternativ zu einer BUS-Anordnung 16, auch eine individuelle Verdrah- tung der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeuges mit der Steuereinheit vorgesehen sein kann. Die Steuereinheit umfasst einen programmgesteuerten Mikroprozessor und einen elektronischen Speicher, in dem ein Steuerprogramm abgelegt ist. Dabei werden vom Mikroprozessor nach Maßgabe eines Steuerprogramms entsprechende Steuersignale für die Betätigungseinheit 5 er- zeugt. Zur Erzeugung entsprechender Steuersignale ist die Steuereinheit auf Informationen über verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeuges angewiesen. Hierfür kann die Steuereinheit über die BUS-Anordnung 16 auf verschiedene Signale zugreifen, welche für diese Betriebsparameter repräsentativ sind. Es sind insbesondere Radsensoren 13 für ein (jedes) Rad, sowie Lenksensoren 18 zur Feststellung eines Lenkwinkels 11 des Fahrzeugs vorgesehen und (über Signallei- ter 12) mit der Steuereinheit beziehungsweise Einrichtung 6 über die BUS- Anordnung 16 verbunden.
Fig. 2 veranschaulicht ein Regelkonzept (Rl), dem diverse Eingangssignale (IS) beispielsweise von Messwertaufnehmern, beziehungsweise Sensoren am Fahrzeug bereitgestellt werden, das diverse Module (SRI, SR2, SR3, SR4, SR5) um- fasst und ein Ausgangssignal für den Betrieb beziehungsweise die Betätigung eines Kupplungsaggregates (OS) generiert. Das Regelkonzept (Rl) sieht dabei insbesondere vor, dass Erkenntnisse aus dem Modul SRI in das Modul SR2 über- führt werden und dann gemeinsamen die Ergebnisse aus den Modulen SR2, SR3 und SR4 zum Analyse- und Ausgabemodul SR5 geleitet werden, das dann schließlich das aktuell einzustellende Übertragungsverhältnis hinsichtlich der Verteilung von Drehmoment hin zur sekundären Achse vorgibt und/oder einstellt. Das Modul SRI betrifft insbesondere ein sogenanntes Vorsteuermodul (PTM, pre- emptive torque module), welches aus dem erläuterten Momentvergleich an der primär angetriebenen Achse ein Überschuss-Moment errechnet, das (zeitlich) vorgesteuert an die sekundär angetriebene Achse weitergeleitet wird. Das Modul SR2 ist ein sogenanntes Vorsteuerlimitierungsmodul (PLM, pre- emptive limitation module), welches das vorgesteuerte Überschuss-Moment zur sekundären Achse in Abhängigkeit z. B. des Lenkwinkels, des aktuellen Getriebegangs und/oder des Abstands der aktuellen Fahrsituation hin zum fahrdynamischen Grenzbereich (in Abhängigkeit des aktuellen Reibwerts) limitiert. Dies er- folgt insbesondere selbstjustierend beziehungsweise automatisch (bevorzugt ohne neue Datenerhebung für Werte der Betriebsparameter des Fahrzeugs).
Das Modul SR3 betrifft insbesondere einen Schlupfregler (TCM, traction control module), welcher die Drehzahldifferenz zwischen der primären Achse und der sekundären Achse überwacht. Weiter umfasst das Konzept Rl das Modul SR4, insbesondere ein sogenanntes Fahrdynamikmodul (VDM, vehicle dynamics module), welches die Verteilung des Schubmoments auf alle Räder überwacht. Hierbei wird insbesondere durch einen Gierraten vergleich sichergestellt, dass das Fahrzeug keinen instabilen Fahr- zustand erreicht hat.
Gegenstand des Moduls SR4 kann zudem eine Off-road-Funktion sein, die bei einem ungewollten Rückwärtsrutschen des Fahrzeuges versucht, ein vorgebbares Kupplungsbremsmoment von der Vorderachse auf die stärker belastete Hinterach- se zu übertragen. Hierdurch wird gezielt die Kontrollierbarkeit und somit auch die Fahrsicherheit erhöht.
Fig. 3 dient der Veranschaulichung des Moduls SRI. Das Modul besteht insbesondere aus folgenden Subsystemen:
- ein Subsystem SR 1.1, das den Reibwert für die Sondersituationen„Losfahren" festlegt (ggf. Setzen eines vorgegebenen Reibwertes),
ein Subsystem SR 1.2, das das übertragene Moment an der Vorderachse errechnet (ggf. anhand von ermittelten Betriebsparametern, wie Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung und/oder Achslast an der Vorderach- se),
ein Subsystem SRI.3, das das übertragene Moment an der Hinterachse errechnet (ggf. anhand von ermittelten Betriebsparametern, wie Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, Raddrehzahl, Allrad-Betriebsmodus und/oder Achslast an der Hinterachse),
- ein Subsystem SR 1.4, das ein Grundmoment parametrisiert (ggf. anhand von ermittelten Betriebsparametern, wie Ganggetriebesituation, Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel und/oder Allrad-Betriebsmodus), ein Subsystem SRI.5, in dem das Überschuss-Moment ermittelt wird (ggf. anhand von Ergebnissen der Subsysteme SR1.1 bis SRI .4, sowie ermittel- ten Betriebsparametern, wie Fahrerwunschmoment und aktuell lieferbarem
Moment), und ein Subsystem SRI.6, in dem die Drehmomente der verschiedenen Module zusammengefasst werden.
Das angeforderte Drehmoment soll dann aus diversen Gründen limitiert werden, eine Aufgabe, die das Modul SR2 übernimmt, das schematisch in Fig. 4 veranschaulicht ist. Im Subsystem SR2.1 wird das vom Modul SRI bereitgestellte Moment insbesondere zum einen über den Lenkwinkel und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und zum anderen zwischen einer Normalfahrt und einer Sonderfahrt (z. B. Off-Road-Fahrten) unterschieden und entsprechend beschränkt. Im Subsystem SR2.2 wird zusätzlich gangabhängig eine Beschränkung vorgenommen und gleichzeitig entschieden, ob das Fahrzeug geradeaus fährt (starke Limitierung), sich auf Niedrigreibwert am Limit (mittlere Limitierung) oder auf einem Hochreibwert am Limit (keine Limitierung) befindet. Hier kann Situations- und Reib wertabhängig der Vorsteueranteil intelligent reduziert und limitiert werden. Zudem können weitere verschiedene Parameter vorgeben werden, deren Dreh- momentlimitierung ebenfalls unterschiedlich ausgeführt werden kann.
Fig. 5 veranschaulicht das Modul SR3, namentlich einen Schlupfregler, der beispielsweise aus einem PI-Regler besteht, der als Eingangsgröße die kompensierte Raddrehzahldifferenz zwischen primärer Achse und sekundärer Achse nutzt. Neben dem PI-Regler, der im Subsystem SR3.5 untergebracht ist, veranlasst dieses Modul hauptsächlich eine Kompensation der Drehzahldifferenz, was in dem Subsystem SR3.1 vorgenommen wird. In diesem Modul werden z. B. eine oder mehrere folgender Kompensationen vorgenommen:
Kompensation des Traktionsschlupfs über die Fahrgeschwindigkeit, Kompensation der Fahrzeuggeometrie (natürlicher Schlupf) über Fahrzeuggeschwindigkeit und Limit,
Kompensation anhand des Soll-Schlupfs über Fahrzeuggeschwindigkeit und Limit,
Kompensation von Untersteuerung, Überblendung auf das kurvenäußere Vorderrad. Neben der Berechnung des Soll-Schlupfs sind dort ebenfalls Limitierungen des unteren Regelausgangs (SR3.3) und oberen Regelausgangs (SR3.4) enthalten, sowie eine„Reset"-Bedingung für den I-Bestandteil des PI-Reglers (SR3.2). Fig. 6 zeigt noch einen grundsätzlichen Aufbau des Moduls SR4. Dieses Modul bündelt diverse Funktionen und führt zu einer optimalen Schubmomentverteilung. Dieses Modul besteht im Wesentlichen aus einem PI-Schlupfregler (SR4.4) und einem Vorsteuermomentenanteil (SR4.1), der über eine Gierratenvergleich ein- und ausgeblendet wird. Durch den Gierratenvergleich von theoretischer und aktu- eller Gierrate wird sichergestellt, dass nur solange Drehmoment im Schubbetrieb des Motors auf die sekundäre Achse übertragen wird, wie das Fahrzeug als stabil erachtet werden kann. Sobald im Schubbetrieb über den Vergleich ein instabiler Fahrzeugzustand erkannt wird, werden das Vorsteuermoment und damit auch der drehzahlabhängige Anteil ausgeblendet.
Zusätzlich zu dem Gierratenbereich kann SR4.1 auch die Vorsteuermomenthöhe, den Geschwindigkeitsbereich und weitere verschiedene Modi angeben und abstimmen. Zusätzlich ist eine Funktion im Subsystem SR4.2 angesiedelt, die speziell auf das Fahren im Gelände fokussiert. Falls das Fahrzeug im Gelände an ei- nem Hang zum Stehen kommt und der Fahrer nun durch Einlegen des Rückwärtsgangs signalisiert, dass er kontrolliert wieder zurückfahren möchte, wird über eine Situationserkennung ein konstantes Moment zur sekundären Achse bereitgestellt, das verhindert, dass die entlastete vordere Achse durch die zumindest starre Bremskraftverteilung blockiert und somit das Fahrzeug unkontrollierbar wird. Zudem wird das an der Vorderachse herrschende Bremsvolumen somit auch auf die Hinterachse übertragen. Das Fahrzeug lässt sich deutlich leichter beherrschen und sauber den Hang wieder hinunterbewegen. Bezugszeichenliste
1 Kupplungsaggregat
2 primäre Achse
3 sekundäre Achse
4 Fahrzeug
5 Betätigungseinheit
6 Einrichtung
7 Motor
8 Ganggetriebe
9 Rad
10 Untergrund
11 Lenkwinkel
12 Signalleiter
13 Radsensor
14 Seitenwelle
15 Längs welle
16 BUS-Anordnung
17 Betätigungsleitung
18 Lenkungssensor
19 Antriebs sträng
20 Verteilergetriebe
21 Differentialgetriebe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges (19) eines Fahrzeugs (4) mit einem Kupplungsaggregat (1) zur Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse (2) und einer sekundären Achse (3) des Fahrzeuges (4), wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:
(a) Bestimmen eines verfügbaren Antriebs-Drehmoments;
(b) Bestimmen eines Überschuss-Drehmoments an der primären Achse (2); (c) Bestimmen eines aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären
Achse (3);
(d) Bereitstellen des Überschuss-Drehmoments an die sekundäre Achse (3), soweit dies das Maximal-Drehmoment nicht überschreitet.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei Schritt (a) zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst:
a. l Ermittlung von Betriebsparametern eines Motors (7) des Fahrzeuges (4),
a.2 Bestimmung eines Eingangsmoments an dem Ganggetriebe (8), a.3 Bestimmung des verfügbaren Antriebs-Drehmoments aus dem
Eingangsmoment an dem Ganggetriebe (8).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt (b) zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst:
b.l Bestimmung eines, an der primären Achse (2) benötigten, Drehmoments oder umsetzbaren Drehmoments,
b.2 Ermittlung des Überschuss-Drehmoments unter Berücksichtigung des verfügbaren Antriebs-Drehmoments einerseits und dem an der primären Achse (2) benötigten oder umsetzbaren Drehmoments andererseits. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt (c) zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst:
c. l Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3) unter Berücksichtigung mindestens einer der folgenden Parameter: Lenkwinkel, Getriebegang, Fahrdynamikbereich; c.2 Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3) unter Berücksichtigung eines Reibwertes zwischen Rad (9) und Untergrund (10),
c.3 Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3) unter Berücksichtigung einer Drehzahldifferenz zwischen primärer Achse (2) und sekundärer Achse (3),
c.4 Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3) unter Berücksichtigung einer Schubmomentverteilung an allen Rädern der primären Achse (2) und sekundären Achse (3).
Verfahren nach dem vorhergehenden Patentanspruch, wobei zumindest der Prozesse c.l bis c.4 durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Reibwert zwischen Rad (9) und Untergrund (10) als Regelgröße für die Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse (2) und einer sekundären Achse (3) des Fahrzeuges (4) dient und in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeugs sprunghaft oder iterativ angepasst wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Patentanspruch, wobei eine Änderungsgeschwindigkeit der Anpassung des Reibwertes variabel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Ver hältnis von Drehmoment an einer primären Achse (2) zu Drehmoment an ei ner sekundären Achse (3), in Abhängigkeit eines Reibwertes zwischen Rad (9) und Untergrund (10) variabel eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Vertei- lung von Drehmoment auf einer primären Achse (2) und einer sekundären
Achse (3) des Fahrzeuges (4) auch im Schubbetrieb erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein vom Fahrer angefordertes Motormoment erfasst und berücksichtigt wird, wobei das Kupplungsaggregat (1) vorausschauend aktuiert wird.
11. Verfahren nach Patentanspruch 10, wobei das Kupplungsaggregat (1) so vorausschauend aktuiert wird, dass keine Drehzahldifferenz zwischen der primären Achse (2) und der sekundären Achse (3) entsteht.
12. Fahrzeug (4) mit einer Einrichtung (6) zur variablen Verteilung von Drehmoment auf unterschiedlichen Achsen (2, 3) des Fahrzeugs (4), wobei die Einrichtung (6) geeignet und eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche ist.
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