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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebs-/Lenk-System eines Raupenfahrzeugs.
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Beim
Betrieb eines Fahrzeugs ist es für
die Bedienungsperson wünschenswert,
wenn sie den Wendestatus des Fahrzeugs wahrnehmen und/oder ein versehentliches
Wenden des Fahrzeugs bei Einleitung von Fahrzeugbewegung verhindern
kann. Wenn eine Bedienungsperson zum Beispiel ein Fahrzeug in Bewegung
versetzt, ist es wünschenswert, dass
die Bedienungsperson weiß,
ob das Fahrzeug bei Beginn seiner Bewegung anfängt zu wenden oder nicht. Bei
den meisten herkömmlichen
Traktoren ist es möglich,
den Wendestatus des Traktors durch Ansehen der Position der lenkbaren
Räder zu
erkennen. Bei den meisten derzeit hergestellten Raupenfahrzeugen
sind keine lenkbaren Räder
vorhanden, sondern es ist ein federzentriertes Lenkrad vorgesehen, und
das Lenken ist zentriert, wenn die Bedienungsperson das Lenkrad
nicht von seiner zentrierten Position weg hält.
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Die
EP 0 947 414 , die als der
nächstliegende Stand
der Technik betrachtet wird, offenbart die Merkmale des Oberbegriffs
von Anspruch 1.
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In
letzter Zeit sind nicht zentrierte Lenkradeingabemechanismen für Raupenfahrzeuge
vorgeschlagen worden, wie zum Beispiel in der US-6,000,490 beschrieben. Bei einem Fahrzeug
mit solch einem Mechanismus gibt es möglicherweise kein Anzeichnen
für seinen
Wendestatus, bis das Fahrzeug anfängt, sich zu bewegen. Somit
erinnert sich eine Bedienungsperson, der zuvor eine Gegendrehungswende
durchgeführt
hat und dann das Fahrzeug eine zeitlang anhält, bei Wiederaufnahme der
Fahrzeugbewegung möglicherweise
nicht an den Wendestatus des Fahrzeugs.
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Es
wäre für eine Bedienungsperson
nicht wünschenswert,
ein Fahrzeug schnell zu beschleunigen, wenn er glaubt, geradeaus
zu fahren, während er
in Wirklichkeit beginnt zu wenden.
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Demgemäß besteht
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines
Lenksteuersystems für
ein Fahrzeug mit einem nicht zentrierten Lenkrad, das die Schwere
oder Wahrscheinlichkeit eines ungewollten Wendens bei schneller Fahrzeugbeschleunigung
während
des Startens verhindert oder reduziert.
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Diese
und andere Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch
1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Anordnungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen
aus den abhängigen
Ansprüchen
hervor.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem für ein Antriebs-/Lenk-System
eines Raupenfahrzeugs bereitgestellt, das eine verbrennungsmotorangetriebene hydraulische
Lenkpumpe aufweist, welche einen hydraulischen Lenkmotor antreibt.
Die Lenkpumpe spricht auf Lenkpumpensteuersignale an, und ein durch
eine Bedienungsperson betätigbares
nicht zentriertes Lenkrad erzeugt Lenkpumpenbefehlssignale. Ein
Lenkmotor stellt eine Eingangshöhe
an einen differentiellen Raupenantriebsmechanismus bereit, der auf
Betätigung
des Lenkrads reagiert und linke und rechte Laufbahnen antreibt und
das Fahrzeug mit Wenderaten wendet, die von der Höhe der Lenkpumpensteuersignale
abhängen.
Das Steuersystem reduziert allmählich
die Höhe
der Lenkpumpensteuersignale, wenn das Fahrzeug stationär ist, die
Kupplung eingerückt
ist und diese Bedingungen für
mindestens eine bestimmte Zeitspanne anhalten. Bei einer Ausführungsform
reduziert das Steuersystem die Höhe
weiter und schneller, wenn der Fahrzeugsitz nicht belegt ist. Bei
einer alternativen Ausführungsform begrenzt
das Steuersystem die Höhe
der Lenkpumpensteuersignale in Abhängigkeit von der Beschleunigung
der Raddrehzahl. Bei noch einer anderen alternativen Ausführungsform
reduziert das Steuersystem schnell die Höhe der Lenkpumpensteuersignale,
wenn das Fahrzeug zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Gang eingestellt
wird, und dem Beginn der Fahrzeugbewegung, stationär ist, die
Kupplung eingerückt
ist und das Getriebe auf einen nicht neutralen Gang eingestellt
ist.
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Die
Erfindung und weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Anordnungen
der Erfindung werden nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben und erläutert;
in den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines Raupenfahrzeugantriebs
und des Steuersystems der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Logikflussdiagramm eines von einer auf einem Mikroprozessor basierenden
Steuereinheit des Steuersystems von 1 ausgeführten Algorithmus,
das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung implementiert;
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3 ein
Logikablaufdiagramm eines von einer auf einem Mikroprozessor basierenden
Steuereinheit des Steuersystems von 1 ausgeführten Algorithmus,
das eine alternative Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung implementiert;
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4 ein
Logikablaufdiagramm eines von einer auf einem Mikroprozessor basierenden
Steuereinheit des Steuersystems von 1 ausgeführten Algorithmus,
das eine alternative Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung implementiert.
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Auf 1 Bezug
nehmend weist ein Verbrennungsmotor 10 eines Raupenfahrzeugs
eine Ausgangswelle 12 auf, die ein rechtwinkliges Kegelrad 14 und
ein Getriebe 16, wie beispielsweise ein 16-Gang-Lastschaltgetriebe,
welches bei John Deere Serientraktoren 8000T verwendet wird, antreibt. Das
Getriebe 16 enthält
hydraulisch betätigbare Kupplungen
und Bremsen (nicht gezeigt), von denen verschiedene als Hauptkupplung 18 in
Abhängigkeit eines
konventionellen Kupplungspedals und Gestänges (nicht gezeigt) arbeiten.
Der Verbrennungsmotor 10 wird durch eine elektronische
Motorsteuereinheit 11 gesteuert. Die elektronische Motorsteuereinheit 11 ist über einen
Bus 15 mit einer Lenksystemeinheit (SSU) 13 verbunden.
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Das
Getriebe 16 treibt einen Endantrieb oder rechtwinkligen
Antrieb 20 an, welcher über
ein linkes Lenkplanetengetriebe 24 ein linkes Laufbahnantriebsrad 22 und über ein
rechtes Lenkplanetengetriebe 28 ein rechtes Laufbahnantriebsrad 26 antreibt.
Die Lenkplanetengetriebe 24 und 28 sind vorzugsweise
solche, wie sie in der US-5,390,751 beschrieben wurden. Zusätzliche äußere Planetengetriebe
(nicht gezeigt), wie sie bei John Deere Traktoren 8000T vorgesehen
sind, sind zwischen den Lenkplanetengetrieben und den zugehörigen Antriebsrädern angeordnet,
wurden jedoch nicht weiter beschrieben, da sie nicht unmittelbar
an dem Gegenstand dieser Anmeldung beteiligt sind. Eine Parkbremse 30 ist
an die Ausgangswelle des Getriebes 16 gekoppelt, und linke
und rechte Betriebsbremsen 32, 34 sind an die
linken bzw. rechten Antriebsräder 22, 26 gekoppelt.
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Das
rechtwinklige Kegelrad 14 treibt eine Lenkverstellpumpe 40 an,
wie beispielsweise eine von Sauer-Sundstrand hergestellte 75 cc
Pumpe der Serie 90. Die Pumpe 40 versorgt ihrerseits
einen hydraulischen Lenkkonstantmotor 42, wie beispielsweise
einen ebenfalls von Sauer-Sundstrand hergestellten 75 cc Motor der
Serie 90. Der Lenkmotor 42 treibt über eine
Querwelle 44 und ein Zahnrad 46 ein Hohlrad 47 des
linken Planetengetriebes 24 und über die Querwelle 44,
ein Zahnrad 48 und ein Umkehrzahnrad 50, ein Hohlrad 52 des
rechten Planetengetriebes 28 an.
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Die
Lenkpumpe 40 hat eine Taumelscheibe (nicht gezeigt), deren
Position durch ein Taumelscheibensteuerventil oder eine elektronische
Verstellsteuerung (EDC) 60 gesteuert wird. Die EDC ist vorzugsweise
eine zweistufige Vorrichtung, deren erste Stufe ein Ventil des Klappenventiltyps
enthält, das
durch ein Paar von Magnetspulen 59, 61 gesteuert
wird, und deren zweite Stufe eine Druckerhöhungsstufe für die Pumpe
enthält,
wie sie beispielsweise bei den Serientraktoren der John Deere 8000T Serie
verwendet werden.
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Ein
Bedieneranwesenheitsschalter 51 liefert ein Bedienersitzanwesenheitssignal über den
Bus 15 an die SSU 13. Ein Verbrennungsmotordrehzahlsensor 62,
wie beispielsweise ein im Handel erhältlicher magnetischer Aufnehmer,
liefert ein Verbrennungsmotordrehzahlsignal an die SSU 13.
Die Magnetspulen 59, 61 des Ventils 60 werden
durch pulsweitenmodulierte (PWM) Pumpensteuersignale, die durch die
SSU 13 erzeugt werden, gesteuert.
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Ein
durch die Bedienungsperson betätigbares
Lenkrad 74 ist vorzugsweise mit einem nicht federzentrierten
Eingabemechanismus 72, wie er beispielsweise in der US-6,000,490
beschrieben wurde, verbunden. Der Eingabemechanismus 72 enthält eine
elektromagnetisch gesteuerte Reibvorrichtung oder Bremse 75 und
einen Drehpositionsgeber oder ein inkrementales Kodiergerät 77,
wie beispielsweise einen im Handel erhältlichen Encoder Grayhill Serie 63R
oder einen OakGrinsby 900 Optical Encoder. Das Kodiergerät 77 liefert
an die SSU 13 ein Lenkradpositionssignal, welches die Position
des durch die Bedienungsperson betätigten Lenkrades 74 repräsentiert.
Das Kodiergerät 77 erzeugt
mehrere, vorzugsweise 128, Pulse pro Umdrehung des Lenkrades 74.
Die SSU 13 erzeugt und aktualisiert dann wiederholt einen
Zählwert
(COUNT-Wert), welcher die Anzahl der optischen Kodiergerätpulse repräsentiert,
welche der Bewegung des Lenkrades 74 relativ zur Position
des Lenkrades 74 in der Mitte entspricht. Beispielsweise
wird ein negativer COUNT-Wert erzeugt, wenn das Lenkrad 74 aus
einer Mittenposition entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, und
ein positiver COUNT-Wert wird erzeugt, wenn das Lenkrad 74 aus
einer Mittenposition im Uhrzeigersinn gedreht wird. Somit weist
COUNT eine Größe, die
proportional zur Winkelverschiebung von seiner Mittenposition ist,
und ein Vorzeichen, das die Richtung (im oder entgegen dem Uhrzeigersinn)
von seiner Mittenposition darstellt, auf.
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Die
SSU 13 empfängt
auch Signale von dem Ganghebelmechanismus 73, wie er beispielsweise
in der US-5,406,860 beschrieben wurde und wie er beispielsweise
bei John Deere Serientraktoren 8000 verwendet wird. Der Ganghebelmechanismus 73 enthält einen
Schalthebel 53, der in einer Führung 55 in die Vorwärtshochschalt-
und Vorwärtsrunterschalt-,
Rückwärtshochschalt-
und Rückwärtsrunterschalt-,
Neutral- und Parkposition bewegt werden kann.
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Ein
Antriebsstrangdrehzahlsensor 76, vorzugsweise ein differentialer
Hall-Effekt-Drehzahlsensor, wie er beispielsweise bei John Deere
8000T Serientraktoren verwendet wird, ist in der Nähe des Endantriebs 20 angeordnet
und liefert an die SSU 13 ein Endantriebsdrehzahl- oder
Raddrehzahlsignal variabler Frequenz. Ein Magnetring 78 ist
drehfest am Motor 42 befestigt, und ein Hall-Effekt-Messwertgeber 80 ist
nahe dem Magnetring 78 angeordnet und liefert an die SSU 13 ein
inkrementales Motorpositionssignal und ein Motordrehrichtungssignal.
Ein Paar Kupplungsstatusschalter 82 befindet sich innerhalb
des Getriebes 16 und ist dem Gestänge (nicht gezeigt) zwischen
dem Kupplungspedal (nicht gezeigt) und der Hauptkupplung 18 wirkzugeordnet
und liefert ein Kupplungsstatussignal an die SSU 13.
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Die
SSU 13 enthält
einen handelsüblichen Mikroprozessor
(nicht gezeigt), welcher die Pumpensteuersignale erzeugt, die an
die Magnetspulen 59, 61 des Ventils 60 weitergeleitet
werden. Die Pumpensteuersignale werden als eine Funktion des COUNT-Wertes
infolge der Ausführung
eines Hauptsteueralgorithmus (nicht gezeigt) durch die SSU erzeugt,
wie zum Beispiel in der am 09.12.1999 von David J. Easton eingereichten,
auf die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Anmelderin übertragenen (Anwalts-Aktenzeichnen
Nr. 15041-US), gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung mit der lfd. Nr. 456,702 und dem Titel Tracked
Vehicle Closed Loop Steering System beschrieben, auf die hiermit
Bezug genommen wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung führt
die SSU 13 des Weiteren alle 20 Millisekunden ein Unterprogramm
oder einen Algorithmus 100 aus, welches bzw. welcher in 2 dargestellt
ist. Der Algorithmus 100 wird mit Schritt 102 in
Gang gesetzt. Schritt 104 leitet die Ausführung zu
Schritt 116 und beendet die Operation, wenn die Raddrehzahl
von Sensor 76 anzeigt, dass das Fahrzeug stationär ist. Schritt 106 leitet
die Ausführung
zu Schritt 116 und beendet die Operation, wenn die Kupplung 18 nicht eingerückt ist.
Schritt 108 leitet die Ausführung zu Schritt 116 und
beendet die Operation, wenn die für die Schritte 104 und 106 geprüften Bedingungen nicht
mindestens 15 Sekunden lang gültig
gewesen sind. Wenn die Schritte 104–108 den Algorithmus nicht
beenden, dann verringert Schritt 110 die Höhe des COUNT-Wertes
um ein Inkrement, wie zum Beispiel 1%. Schritt 112 leitet
die Ausführung
zu Schritt 116 und beendet die Operation, wenn der Bedieneranwesenheitsschalter 51 anzeigt,
dass der Fahrzeugsitz belegt ist, sonst verringert Schritt 114 weiterhin
die Höhe
des COUNT-Wertes um ein Inkrement, wie zum Beispiel 1%. Schritt 116 führt die
Ausführung zum
Hauptalgorithmus (nicht gezeigt) zurück.
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Da
der Algorithmus 100 alle 20 Millisekunden ausgeführt wird,
verringert er somit die Höhe
von COUNT, wenn das Fahrzeug stationär ist, die Kupplung eingerückt ist
und diese Bedingungen zumindest über
eine bestimmte Zeitspanne anhalten. Der Algorithmus 100 verringert
die Höhe
von COUNT weiter oder schneller, wenn der Fahrzeugsitz nicht belegt
ist. Der Algorithmus 100 verringert die Höhe von COUNT
sogar, wenn das Lenkrad 74 nicht von der Bedienungsperson
betätigt
wird. Wenn diese Bedingungen über
eine ausreichende Zeitspanne andauern, kann die Höhe des COUNT-Wertes
auf Null oder irgendeine andere gewählte Größe verringert werden. Wenn
das Fahrzeug dann nach Verringerung des COUNT-Wertes durch wiederholte Operation des
Algorithmus 100 beschleunigt wird, ist die Wenderate des
Fahrzeugs kleiner als die, die erfolgt wäre, wenn der COUNT-Wert unverändert geblieben wäre.
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Als
Alternative oder zusätzlich
dazu führt
die SSU 13 alle 20 Millisekunden ein Unterprogramm oder
einen Algorithmus 200 aus, der in 3 dargestellt
wird. Der Algorithmus 200 wird bei Schritt 202 in Gang
gesetzt. Schritt 204 leitet die Ausführung zu Schritt 206,
wenn die Raddrehzahl zuerst anzeigt, dass das Fahrzeug nicht länger stationär ist, wie
zum Beispiel, wenn das Fahrzeug gerade in Bewegung versetzt wird,
sonst leitet Schritt 204 die Ausführung zu Schritt 224,
der das Unterprogramm 200 beendet.
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Dann
startet Schritt 206 ein Zeitglied, das von Null-Zeit hochzählt. Dann
begrenzt Schritt 208 die Größe von COUNT (ohne sein Vorzeichen
zu ändern)
auf einen vorbestimmten Wert, wie zum Beispiel 380 (was eine Lenkraddrehung
aus seiner mittlere Position um 540 Grad darstellt).
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Dann
leitet Schritt 210 das Unterprogramm 200 zu Schritt 222,
wenn die Raddrehzahl nicht größer ist
als eine Schwelle, wie zum Beispiel ca. 1 km/h. Wenn die Raddrehzahl
größer ist
als ca. 1 km/h, dann begrenzt Schritt 212 die Größe von COUNT
auf einen Wert von beispielsweise 300 (wieder ohne Änderung
seines Vorzeichens).
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Dann
leitet Schritt 214 das Unterprogramm zu Schritt 222,
wenn die Raddrehzahl nicht größer ist als
eine Schwelle, wie zum Beispiel 2,4 km/h. Wenn die Raddrehzahl größer ist
als 2,4 km/h, dann begrenzt Schritt 216 die Größe von COUNT
auf einen Wert von beispielsweise 200 (was eine Drehung des Lenkrads
aus seiner mittleren Position um 280 Grad darstellt) (wieder ohne Änderung
seines Vorzeichens).
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Dann
leitet Schritt 218 das Unterprogramm 200 zu Schritt 222,
wenn die Raddrehzahl nicht größer als
eine Schwelle, wie zum Beispiel 10 km/h, ist. Wenn die Raddrehzahl
größer als
10 km/h ist, dann begrenzt Schritt 220 die Größe von COUNT
auf einen Wert von beispielsweise 100 (was eine Lenkraddrehung aus
seiner mittleren Position um 140 Grad darstellt) (wieder ohne Änderung
seines Vorzeichens).
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Schritt 222 leitet
die Ausführung
zu Schritt 224, wenn mehr als 1 Sekunde seit Start des
Zeitglieds in Schritt 206 abgelaufen ist oder wenn die Größe von COUNT
kleiner gleich 100 ist, sonst wird die Ausführung zu Schritt 210 zurückgeführt. Schritt 224 beendet
das Unterprogramm 200 und führt die Ausführung zum
Hauptalgorithmus zurück
(nicht gezeigt).
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Somit
begrenzt der Algorithmus 200 die Größe von COUNT (und damit die
Größe des Pumpensteuersignals)
als Funktion der Beschleunigung der Raddrehzahl. Wenn sich die Raddrehzahl
nach Beginn der Bewegung langsam erhöht, erfasst die Bedienungsperson
den Wenderadius, bevor es zu einer bedeutenden Lenkbewegung kommt.
Wenn die Beschleunigung plötzlich
ist, ist die Bedienungsperson nicht in der Lage, eine überraschend
scharfe Wende schnell auszugleichen, somit wird der Wert von COUNT
infolge der Schritte 210–220 reduziert oder begrenzt.
Die besonderen Drehzahlschwellwerte können geändert werden, ohne den Schutzbereich der
Erfindung zu verlassen. Die COUNT-Begrenzung erfolgt innerhalb der
ersten Sekunde, nachdem der Raddrehzahlsensor 74 anzeigt,
dass die Fahrzeugbewegung begonnen hat.
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Als
Alternative oder zusätzlich
führt die
SSU 13 alle 20 Millisekunden ein Unterprogramm oder einen
Algorithmus 300 aus, der in 4 dargestellt wird.
Der Algorithmus 300 wird bei Schritt 302 in Gang
gesetzt. Schritt 304 leitet die Ausführung zu Schritt 312 und
beendet die Operation, wenn das Fahrzeug nicht stationär ist. Schritt 306 leitet
die Ausführung
zu Schritt 312 und beendet die Operation, wenn die Kupplung 18 nicht
eingerückt
ist. Schritt 308 leitet die Ausführung zu Schritt 312,
wenn durch den Schalthebel 53 kein Getriebegang eingelegt
ist. Wenn die Schritte 304–308 den Algorithmus
nicht beenden, dann begrenzt Schritt 310 die Größe des COUNT-Wertes
(der die gegenwärtige
Position des Lenkrads 74 darstellt). Vorzugsweise wird
die Höhe des
Lenkpumpensteuersignals für
höhere
eingestellte Gänge
auf einen niedrigeren Wert begrenzt, und die Höhe des Lenkpumpensteuersignals
wird für niedrigere
eingestellte Gänge
auf höhere
Werte begrenzt. Als Ergebnis wird eine weniger scharfe Wende bei
höher eingestellten
Getriebegängen
erzeugt. Schritt 312 beendet die Operation des Unterprogramms 300 und
führt die
Ausführung
zum Hauptalgorithmus (nicht gezeigt) zurück.
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Somit
verringert der Algorithmus 300 schnell die Größe von COUNT,
wenn das Fahrzeug zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Gang eingestellt wird,
und dem Beginn der Fahrzeugbewegung stationär ist, die Kupplung 18 eingerückt ist
und das Getriebe 16 auf einen nicht neutralen Gang eingestellt
ist. Der Algorithmus 300 verringert die Größe von COUNT,
selbst wenn das Lenkrad 74 nicht von der Bedienungsperson
betätigt
wird. Wenn das Fahrzeug dann nach Verringerung des COUNT-Wertes
durch Operation des Algorithmus 300 beschleunigt wird, dann
ist die Wenderate des Fahrzeugs weniger als der Fall gewesen wäre, wenn
der COUNT-Wert unverändert
geblieben wäre.
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Jedes
dieser Unterprogramme ändert
den COUNT-Wert, der von dem Hauptalgorithmus (nicht gezeigt) verwendet
wird, welcher das Pumpensteuersignal erzeugt. Falls gewünscht, könnte ein
beliebiges oder irgendeine Kombination der Unterprogramme 100, 200 oder 300 verwendet
werden. Die Umsetzung dieser Flussdiagramme in eine Standardsprache
zur Implementierung des durch die Flussdiagramme beschriebenen Algorithmus
in einem digitalen Computer oder Mikroprozessor ist für einen Durchschnittsfachmann
offensichtlich.