DE102017217832A1 - Startverfahren in einem Hybridfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Ein Antriebsstrang (102) für ein Hybridfahrzeug (100) umfasst einen Verbrennungsmotor (105) und eine mittels einer Trennkupplung (115) angebundene elektrische Maschine (125). Zum Starten des Verbrennungsmotors (105) wird der Verbrennungsmotor (105) durch die elektrische Maschine (125) angeschleppt. Dabei wird nach zumindest teilweisem Schließen der Trennkupplung (115) eine mit dem Verbrennungsmotor (105) verbundene Kurbelwelle (110) beschleunigt. Zur Energie- und Leistungseinsparung wird die Beschleunigung der Kurbelwelle (110) mit einem von einer Steuereinrichtung (165) vorbestimmten, minimalen Drehmoment bewirkt, und der Kurbelwelle (110) wird eine minimale Drehzahl erteilt, welche entsprechend dem Minimum einer Mindestdrehzahl zum Zünden des Verbrennungsmotors (105) und einer für eine Öl-Druckversorgung der Trennkupplung (115) ausreichende Mindestdrehzahl vorbestimmt wird.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines in einem Hybridfahrzeug-Antriebsstrang angeordneten Verbrennungsmotors durch eine elektrische Maschine, welche innerhalb des Antriebsstrangs über eine Trennkupplung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Mit Schließen der Trennkupplung wird der Verbrennungsmotor von der elektrischen Maschine angeschleppt. Ferner betrifft die Erfindung ein Hybridfahrzeug mit elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor in einem gemeinsamen Antriebsstrang, das bevorzugt dazu ausgebildet und eingerichtet ist, dass hierin beschriebene Verfahren ganz oder in Teilen auszuführen.
- Stand der Technik
- Ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs mit Elektromotor und Kraftmaschine, insbesondere Verbrennungsmotor, ist in
DE 10 2015 207 009 A1 beschrieben. Darin ist offenbart, dass das von einem Elektromotor bereitgestellte Drehmoment während eines Starts der Kraftmaschine zu deren Anschleppen an eine Kurbelwelle angelegt wird. Das für einen Kraftmaschinenstart erforderliche Drehmoment soll dabei in zwei getrennte Drehmoment-Anforderungen aufgeteilt werden - einmal zum Drehen der Kraftmaschine über ein erstes Verdichtungsmoment und ein zum weiteren Anschleppen der Kraftmaschine im Anschluss daran erforderliches Anschleppmoment. - In
US 9 102 327 B2 - Bei einem Start des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Maschine, bei dem durch Schließen der Trennkupplung der Verbrennungsmotor angeschleppt wird, kann es bei Kälte oder leerer Batterie entscheidend sein, dass dieser Start mit möglichst geringem Energieverbrauch bzw. möglichst geringer Leistung durchgeführt wird.
- Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Technik zum Starten des Verbrennungsmotors bzw. der Kraftmaschine in einem Antriebsstrang eines Hybridelektrofahrzeugs zu entwickeln. Die Aufgabe wird gelöst mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wieder.
- Offenbarung der Erfindung
- Die Erfindung basiert auf einer technischen Anwendung der physikalischen Gesetzmäßigkeit, dass sich die mechanische Leistung aus der Multiplikation des benötigten Drehmoments mit der Drehzahl ergibt. Erfindungsgemäß werden diese beiden Größen minimiert.
- Das minimale Drehmoment, was zum Beschleunigen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM benötigt wird, wird einer den Funktionskomponenten des Antriebsstrang zugeordneten Funktionssteuerung von einem Motorsteuergerät mitgeteilt oder ist in einer Einrichtung in Form von beispielsweise temperaturabhängigen Kennfeldern oder über die Temperatur verlaufenden Kennlinien hinterlegt. Die minimale Drehzahl bestimmt sich aus dem Minimum einer Mindestdrehzahl, welche der Verbrennungsmotor VM benötigt, um zu zünden (gegebenenfalls eine in der Steuerungseinheit abgespeicherte Kennlinie über die Temperatur), und der Mindestdrehzahl, die für die Öldruckversorgung der Trennkupplung
K0 für das zu übertragende Drehmoment erforderlich ist (temperaturabhängig). - In einer beispielhaften Ausführung wird die elektrische Maschine auf die bestimmte Mindestdrehzahl geregelt, und anschließend die Trennkupplung
K0 schnell oder sprungartig auf einen Drehmoment-Wert knapp unterhalb des bestimmten Drehmoments angesteuert. Dann wird das Drehmoment der TrennkupplungK0 zügig oder stetig, aber nicht sprunghaft weiter angehoben. - In weiterer optionaler Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Funktionssteuerung zur Kontrolle oder Überwachung dahingehend eingesetzt, ob der Verbrennungsmotor sich zu drehen beginnt und anschließend selbstständig läuft. Solchenfalls wird die Trennkupplung zum Reduzieren des Drehmoments angesteuert.
- Nach einer anderen optionalen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann für den Fall, dass die Drehzahl nicht ausreicht, um das Startmoment mit der Trennkupplung
K0 zu übertragen, die Drehzahl der elektrischen Maschine weiter angehoben werden, um die Ölversorgung zu verbessern. - Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Hybridfahrzeug, bei dem der Antriebsstrang zur zumindest teilweisen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die dazu eingesetzte Steuerungseinrichtung ist bevorzugt eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung und dazu eingerichtet, das hierin beschriebene Verfahren ganz oder in Teilen auszuführen. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller aufweisen, und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Merkmale oder Vorzüge des Verfahrens können auf die Steuerungseinrichtung und den zugeordneten Antriebsstrang bezogen werden und umgekehrt.
- In besonderer optionaler Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Steuerungseinrichtung einen Motorsteuerteil (z.B. übliches Motorsteuergerät) und einen Funktionssteuerteil, wobei der Funktionssteuerteil eingangsseitig mit einem Ausgang des Motorsteuerteils zum Empfang eines Werts oder Datums für das minimale Drehmoment verbunden ist.
- Zweckmäßig und effizient ist der Gebrauch von bei Motorsteuerung üblichen Kennfeldern oder Kennlinien zur Ableitung motorspezifischer Werte für das jeweilige minimale Drehmoment und/oder für die jeweilige Mindestdrehzahl zum Zünden des Verbrennungsmotors oder zur ausreichenden Öl-Druckversorgung der Trennkupplung. Dazu ist gemäß einer optionalen Erfindungsausbildung die Steuereinrichtung mit einem Speichermedium und einer oder mehreren Ausgabeschnittstellen zur Ausgabe von aus den genannten Kennfeldern oder Kennlinien abgeleiteten Werten zu versehen. In weiterer Ausgestaltung dieses Gedankens kann der vorgenannte Funktionssteuerteil der Ausgabeschnittstelle zum Erhalt eines Signals, Werts oder Datums für das minimale Drehmoment verbunden sein.
- Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren anhand einer beispielhaften Ausführungsform genauer beschrieben, in denen:
-
1 schematisch einen Antriebsstrang eines Hybridelektrofahrzeugs in Funktionsblöcken; -
2 zeitliche Verläufe von Moment, Drehzahl und Druck in einem Antriebsstrang; und -
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Antriebsstrangs -
1 gibt einen Überblick über die wesentlichen Komponenten und Funktionen beim Antrieb eines typischen Hybridfahrzeugs100 , insbesondere eines Hybridelektrofahrzeugs. Dieses weist einen hybriden Antriebsstrang102 auf, der im wesentlichen durch einen Verbrennungsmotor105 (VM), eine mit dessen Kurbelwelle110 verbundene Trennkupplung115 (K0) und eine über eine Trennkupplungs-Ausgangswelle120 verbundene, elektrische Maschine125 (EM) ausgemacht wird. Die elektrische Maschine125 wird bevorzugt mit einem Gleich-/Wechselrichter130 (GWR) betrieben, der auf seiner der elektrischen Maschine125 abgewandten Seite für bidirektionalen Energiefluss mit dem Anschluss einer Batterie135 verbunden ist. Eine Ausgangswelle140 der elektrischen Maschine125 ist über eine Ausgangskupplung145 und ein nachgeordnetes Ausgangsgetriebe150 mit einem Differenzial155 für Straßenräder160 gekoppelt. Die Ausgangskupplung145 kann baulich in das Ausgangsgetriebe150 integriert sein. - Die Funktionen dieser Anordnung können von einer Steuereinheit
165 (CU) angestoßen und kontrolliert werden, welche zweckmäßigerweise elektronisch beispielsweise mit Mikrocomputer oder Mikrocontroller realisiert sein kann. Die Steuereinheit (CU)165 empfängt zur Verarbeitung Eingangssignale und/oder Eingangsdaten insbesondere von Drehzahlsensoren170 bzw.175 für den Verbrennungsmotor (VM)105 bzw. die elektrische Maschine (EM)125 und steuert die Trennkupplung (K0 )115 beispielsweise über eine (nicht gezeichnete) Hydraulikpumpe und die elektrische Maschine (EM)125 mittelbar über den Gleich-/Wechselrichter (GWR)130 an. -
2 enthält drei übereinander dargestellte Zeitdiagramme für Druck, Drehzahl und Drehmoment, jeweils aufgetragen über die Zeit als Abszisse. Vertikal die Abszissen durchkreuzende, punktierte Linien markieren Zeitpunktet0 ,t1 ,t2 ,t3 ,t4 undt5 . Die dargestellten Diagramme zeigen typische Verläufe von Parametern an einem beispielhaften Antriebsstrang102 in einer Ausführungsform. - Im untersten Zeitdiagramm
205 ist über die Zeit der Fluid-Betriebsdruck p_K0 der Trennkupplung115 K0 aufgetragen, der bis zum Start-Zeitpunkt t0, wo der Verbrennungsmotor-Startvorgang beginnt, null beträgt, d.h., die Trennkupplung115 K0 ist offen. Beim Startbeginn t0 wird sprungartig der Betriebsdruck p_K0 erhöht und dann im weiteren Verlauf zunächst stufenartig abgesenkt. Etwa ab dem Zeitpunkt t5, bei welchem die Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors105 ihren Sollwert n_soll_VM erreicht hat, ist der Betriebsdruck p_K0 wieder angestiegen auf einen stationären Wert nahe dem anfänglichen Betriebsdruck im Zeitpunkt t0. Dabei ist die Trennkupplung115 geschlossen oder schlupfgeregelt. - Ferner wird im Start-Zeitpunkt t0 die elektrische Maschine
125 auf ihre Minimaldrehzahl n_min_EM angesteuert, wie im mittleren Zeitdiagramm210 dargestellt ist. Diese ist so bemessen, dass die elektrische Maschine125 das Getriebe und insbesondere die Trennkupplung105 mit ausreichendem Öldruck versorgen kann. Durch die Mindestdrehzahl n_min_EM der elektrischen Maschine125 entsteht, wie im oberen Zeitdiagramm215 für das Drehmoment dargestellt ist, ein Moment m_EM der elektrischen Maschine125 . Im weiteren Verlauf gemäß oberen Moment-Zeitdiagramm215 verlaufen das Kupplungs-Moment m_K0 der Trennkupplung115 und das Moment m_EM der elektrischen Maschine125 ab einem Zeitpunkt im Zeitintervall t0 - t1 bis zu einem Zeitpunkt im Zeitintervall t3 - t4 weitgehend deckungsgleich. - Im Zeitintervall t1 - t2 wird gemäß mittlerem Zeitdiagramm
210 durch den Eingriff der elektrischen Maschine125 in die Kurbelwelle110 der Verbrennungsmotor105 angefahren, wie durch einen Anstieg seiner Drehzahl n_VM im mittleren Zeitdiagramm im Zeitintervall t1 - t2 erkennbar ist. Dies bedeutet, dass für den Verbrennungsmotor nun im Zeitintervall t1 - t2 der Startvorgang beginnt. Im nachfolgenden Zeitintervall t2 - t3 setzt sich der Anstieg deckungsgleich mit der Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine125 fort, bis im ferner nachfolgenden Zeitintervall t3 - t4 die Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors105 ihren Sollwert n_soll_VM erreicht hat. Für den Zeitabschnitt vom Startzeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t4, wo der Verbrennungsmotor inzwischen seine Soll-Drehzahl n_soll_VM erreicht hat, findet eine Drehzahlregelung für die elektrische Maschine125 und den Verbrennungsmotor105 statt. Des Weiteren kann im Zeitabschnitt von t2 bis t5 eine Filterung des dem Fahrerwunsch entsprechenden Drehmoments stattfinden, beispielsweise wenn Motoreingriffe, Momentenänderungen oder -reduktionen und dergleichen anstehen. - Gemäß obersten Zeitdiagramm wird vor dem Startzeitpunkt t0 bei der elektrischen Maschine
125 ein Reserve-Drehmoment EM_R als Reserve für den Start vorgehalten. Das von der elektrischen Maschine125 maximal aufbringbare Drehmoment ist mit der Benennung EM_G zur Anschaulichkeit in das oberste Zeitdiagramm215 eingezeichnet. Am Ende des Zeitintervalls t1 - t2 erreichen die Drehmomentwerte m_EM der elektrischen Maschine125 und m_K0 der Trennkupplung115 erste Maximalwerte, wobei sich der Wert des Moments m_K0 der Trennkupplung115 knapp unterhalb des bestimmten Drehmoments befinden kann. Mit dem vertikalen Pfeil zwischen dem negativen Drehmoment-Wert m_VM und einer darüber befindlichen, gestrichelten, waagerechten Linie, die im Zeitintervall t1 - t2 im positiven Drehmoment-Wertebereich waagrecht bzw. konstant verläuft, werden das Anschleppen und die Aktivierung des Verbrennungsmotors105 veranschaulicht. Zu Beginn des nachfolgenden Zeitintervalls t2 - t3 fallen gemäß oberstem Zeitdiagramm215 diese Moment-Werte sprungartig ab, während das Drehmoment m_VM des Verbrennungsmotors105 sprungartig ansteigt. Gleichzeitig nehmen, wie im mittleren Drehzahl-Zeitdiagramm210 dargestellt, die Drehzahlen n_EM der elektrischen Maschine125 und n_VM des Verbrennungsmotors105 rampenartig bis zum nachfolgenden Zeitintervall t3 - t4 zu. In diesem Zeitintervall t3 - t4 werden dann die Leerlauf-Drehzahlen n_L der elektrischen Maschine125 und des Verbrennungsmotors105 erreicht. Durch den Verbrennungsmotor105 kann dann eine Übernahme der Last vom elektrischen Motor125 stattfinden, wie für das Zeitintervall t5 - t6 durch den Anstieg des Drehmoments m_Vm verdeutlicht ist. Gleichzeitig kann die elektrische Maschine125 mit ihrem nun negativen Moment m_EM in einen generatorischen Betrieb übergehen. -
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Startverfahrens300 , insbesondere für einen Antriebsstrang102 eines Hybridfahrzeugs100 der Art von1 . Gemäß3 wird zu Beginn des Verfahrens300 eine Abfrage305 daraufhin durchgeführt, ob ein Start des Verbrennungsmotors105 VM angefordert wird. Wenn ja, wird im nächsten Schritt310 die elektrische Maschine125 EM auf die bestimmte Mindestdrehzahl hochgefahren. Ferner wird gemäß Schritt315 die Trennkupplung115 K0 „schnell“, d.h. sprungartig auf einen Wert knapp unterhalb des bestimmten Drehmoments angesteuert. Ist dieser Wert erreicht, wie durch die Abfrage320 feststellbar, wird im nächsten Verfahrensschritt325 eine Ansteuerung der Trennkupplung115 K0 dahingehend durchgeführt, dass dabei eine stetige Drehmoment-Erhöhung stattfindet. Wird gemäß Abfrage330 festgestellt, dass der Verbrennungsmotor105 VM angelaufen ist, kann im nächsten Verfahrensschritt335 eine Reduktion des Drehmoments der Trennkupplung115 K0 stattfinden, wie sich auch aus2 , oberes Zeitdiagramm, im Zeitintervall von t2-t4 ergibt. - Bezugszeichenliste
-
- 100
- Hybridfahrzeug
- 102
- Antriebsstrang
- 105
- Verbrennungsmotor (VM)
- 110
- Kurbelwelle
- 115
- Trennkupplung (
K0 ) - 120
- Trennkupplungs-Ausgangswelle
- 125
- elektrische Maschine (EM)
- 130
- Gleich-/Wechselrichter (GWR)
- 135
- Batterie
- 140
- Ausgangswelle
- 145
- Ausgangskupplung
- 150
- Ausgangsgetriebe
- 155
- Differenzial
- 160
- Straßenräder
- 165
- Steuereinheit (CU)
- 170
- Drehzahlsensor für Verbrennungsmotor (VM)
- 175
- Drehzahlsensor für elektrische Maschine (EM)
- 205
- unteres Zeitdiagramm
- 210
- mittleres Zeitdiagramm
- 215
- oberes Zeitdiagramm
- 300
- Verfahren
- 305
- Abfrage, ob Start VM
- 310
- Ansteuerschritt elektrische Maschine auf Mindestdrehzahl
- 315
- Ansteuerschritt Trennkupplung auf minimales Drehmoment
- 320
- Abfrage, ob Mindestdrehmoment erreicht
- 325
- Ansteuerschritt Trennkupplung für stetige Drehmomenterhöhung
- 330
- Abfrage, ob Verbrennungsmotor läuft
- 335
- Ansteuerschritt Trennkupplung auf Reduktion Drehmoment
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015207009 A1 [0002]
- US 9102327 B2 [0003]
Claims (10)
- Verfahren (300) zum Starten eines in einem Hybridfahrzeug-Antriebsstrang (100) angeordneten Verbrennungsmotors (105) durch eine elektrische Maschine (125), welche innerhalb des Antriebsstrangs (100) über eine Trennkupplung (115) mit dem Verbrennungsmotor (105) gekoppelt ist, wobei nach zumindest teilweisem Schließen der Trennkupplung (115) eine mit dem Verbrennungsmotor (105) verbundene Kurbelwelle (110) beschleunigt, und der Verbrennungsmotor (105) von der elektrischen Maschine (125) angeschleppt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung der Kurbelwelle (110) mit einem von einer Steuereinrichtung (165) vorbestimmten, minimalen Drehmoment (m_EM) bewirkt wird, und der Kurbelwelle (110) eine minimale Drehzahl (n_VM) erteilt wird, welche entsprechend dem Minimum einer Mindestdrehzahl zum Zünden des Verbrennungsmotors (105) und einer für eine Öl-Druckversorgung der Trennkupplung (115) ausreichende Mindestdrehzahl (n_min_EM) vorbestimmt wird.
- Verfahren (300) nach
Anspruch 1 , wobei die elektrische Maschine (125) auf die Mindestdrehzahl (n_min_EM) geregelt wird, und danach die Trennkupplung (115) auf einen Drehmoment-Wert unterhalb des vorbestimmten Drehmoments angesteuert wird. - Verfahren (300) nach
Anspruch 2 , wobei das Drehmoment (m_K0) der Trennkupplung (115) nach ihrer Ansteuerung stetig weiter angehoben wird. - Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Funktionssteuerung zur Kontrolle oder Überwachung dahingehend eingesetzt wird, dass der Verbrennungsmotor (105) sich dreht und anschließend selbständig läuft.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trennkupplung (115) zum Reduzieren ihres Drehmoments angesteuert wird, wenn der Verbrennungsmotor (105) selbstständig läuft.
- Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ölversorgung der Trennkupplung (115) von der Drehzahl (n_EM) der elektrischen Maschine (125) abhängig ist, und überwacht wird, ob die minimale Drehzahl (n_min_EM) der elektrischen Maschine (125) für eine Übertragung des minimalen Drehmoments mit der Trennkupplung (115) ausreichend ist, und falls nicht ausreichend, die Drehzahl (n_EM) der elektrischen Maschine (125) weiter angehoben wird.
- Hybridfahrzeug (100), insbesondere ausgebildet zur zumindest teilweisen Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit elektrischer Maschine (125) und Verbrennungsmotor (105), welche beiden über eine Trennkupplung (115) miteinander gekoppelt sind, wobei eine Steuerungseinrichtung (165) die elektrische Maschine (125), den Verbrennungsmotor (105) und/oder die Trennkupplung (115) kontrolliert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (165) programm- und/oder schaltungstechnisch dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die elektrische Maschine (125) und/oder die Trennkupplung (115) zur Erteilung eines minimalen Drehmoments und einer minimalen Drehzahl, jeweils ausreichend für einen Anlauf des Verbrennungsmotors, (105) anzusteuern.
- Hybridfahrzeug (100) nach
Anspruch 7 , wobei die Steuerungseinrichtung (165) einen Motorsteuerteil und einen Funktionssteuerteil umfasst, und der Funktionssteuerteil eingangsseitig mit einem Ausgang des Motorsteuerteils zum Empfang eines Werts oder Datums für das minimale Drehmoment verbunden ist. - Hybridfahrzeug (100) nach
Ansprüche 7 oder8 , wobei die Steuerungseinrichtung (165) mit einem Speichermedium und einer oder mehrerer Ausgabeschnittstellen für ein/eine oder mehrere Kennfelder oder Kennlinien zur Ableitung von Werten für das jeweilige minimale Drehmoment und/oder für die jeweilige Mindestdrehzahl zum Zünden des Verbrennungsmotors (105) und/oder zur ausreichenden Öl-Druckversorgung der Trennkupplung versehen ist. - Hybridfahrzeug (100) nach
Ansprüchen 8 und9 , wobei mit der Ausgabeschnittstelle der Funktionssteuerteil zum Erhalt eines Signals, Werts oder Datums für das minimale Drehmoment verbunden ist.
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DE102017217832.9A DE102017217832A1 (de) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Startverfahren in einem Hybridfahrzeug |
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DE102017217832.9A DE102017217832A1 (de) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Startverfahren in einem Hybridfahrzeug |
Publications (1)
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DE102017217832A1 true DE102017217832A1 (de) | 2019-04-11 |
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-
2017
- 2017-10-06 DE DE102017217832.9A patent/DE102017217832A1/de active Pending
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