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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung eines Lenkverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Servolenksystem, mit den Verfahrensschritten: Ermitteln von Lenkwinkelsignalen eines Lenkungsstranges unter Nutzung von mindestens einem Lenkwinkelsensor im Lenkungsstrang, Ermitteln von Mess- und Regelgrößen eines Fahrdynamiksystems, Anpassen des Lenkverhaltens auf Basis der Lenkwinkelsignale und der Mess- und Regelgrößen.
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Bei einem üblichen Lenksystem werden lenkbare Räder von einem Fahrer über eine Betätigungseinheit, insbesondere durch Verdrehen eines Lenkrades gelenkt. Das Drehen des Lenkrades bewirkt eine Verschiebung einer Zahnstange, die wiederum die Räder schwenkt. Die Lenkbewegung des Fahrers wird bei Servolenkungen durch einen zusätzlichen Elektromotor unterstützt. Die Lenkunterstützung erfolgt dabei im Allgemeinen durch kennfeldgesteuerte bzw. -geregelte Systeme, bei denen die Lenkunterstützung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit aufgebracht wird.
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Darüber hinaus sind Lenksysteme bekannt, bei denen keine mechanische Verbindung zwischen den lenkbaren Rädern und dem Lenkrad besteht (Steer by wire). Die Räder werden dabei in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Lenkrades mit Hilfe von entsprechenden Motoren geschwenkt. Ein wesentliches Problem dieser Systeme besteht darin, dass der Fahrer keine fühlbare Rückmeldung mehr von den Rädern bekommt.
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Neben der Beeinflussung des Lenkverhaltens in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit sind auch Systeme bekannt, die eine aktive Rückführung der gelenkten Räder ermöglichen oder Seitenwind ausgleichen. Auch sind so genannte Pull/Drift-Kompensationsverfahren bekannt, wie sie z. B. in der
US 5,941,338 A erläutert werden. Die Technologie erkennt Straßenverhältnisse, wie eine geneigte Fahrbahn, Seitenwind oder Fehler in der Radaufhängung und passt das EPS-Lenksystem automatisch diesen Verhältnissen entsprechend an. Driftet ein Fahrzeug beispielsweise zu einer Seite, so erkennt das die „Pull/Drift-Kompensation”-Technologie und lenkt automatisch dagegen.
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Aus der
DE 44 19 317 B4 ist beispielsweise ein System zum Ändern von Steuerparametern einer Servolenkvorrichtung bekannt, das eine Bewertungseinrichtung zum Bewerten einer Fahrerfahrung eines Fahrzeugfahrers und einer Änderungseinrichtung zum Ändern der Steuerparameter einer Steuereinrichtung nach der von der Bewertungseinrichtung gewerteten Fahrerfahrung aufweist.
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Die
DE 199 12 169 A1 beschreibt ein Steer-by-Wire Lenksystem, bei dem die Rückwirkungen der Straße durch eine Feedback-Aktuatoreinheit an den Fahrer übermittelt werden.
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Aus der
DE 10 2005 046 014 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Lenkwinkels in einem Lenksystem bekannt, das mit einem durch einen Stellmotor gesteuerten Überlagerungsgetriebe ausgestattet ist, mit dem getriebeausgangsseitig ein sich aus einem getriebeeingangsseitigen eingestellten Lenkradwinkel und aus einem mittels des Stellmotors eingesteuerten Zusatzlenkwinkel zusammensetzender Summenlenkwinkel einstellbar ist.
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Kompensation von geometriebedingten Antriebseinflüssen auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund ungleich langer Antriebswellen, die über eine feste Korrelation zwischen Antriebsmoment und Lenkmoment beschrieben sind, und die über eine globale Pull/Drift-Kompensation hinausgehen fehlen.
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Kompensation von geometriebedingten Antriebseinflüssen auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund der Momentenverteilung von Allradsystemen die über eine feste Korrelation zwischen der Verteilung des Antriebsmomentes auf die Vorderräder und Lenkmoment beschrieben sind und die über eine globale Pull/Drift-Kompensation hinausgehen fehlen ebenfalls.
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Auch sind keine Systeme bekannt, bei denen eine Kompensation von Antriebseinflüssen auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund unterschiedlicher Verteilung des Antriebsmomentes auf die Vorderräder, bedingt durch unterschiedliche Reibwerte an diesen, erfolgt, die über eine feste Korrelation zwischen der Verteilung des Antriebsmomentes auf die Vorderräder und Lenkmoment beschrieben sind und die über eine globale Pull/Drift-Kompensation hinausgehen.
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Kompensation von Antriebseinflüssen auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund unterschiedlicher Verteilung des Bremsmomentes auf die Vorderräder bedingt durch unterschiedliche Reibwerte an diesen, die über eine feste Korrelation zwischen der Verteilung des Bremsmomentes auf die Vorderräder und Lenkmoment beschrieben sind und die über eine globale Pull/Drift-Kompensation hinausgehen sind auch nicht bekannt.
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Da eine Pull/Drift-Kompensation permanent und eher global und unspezifisch wirkt, wird durch diese die Rückmeldung über den Fahrzustand im Allgemeinen verfälscht, da sie auch dann wirkt, wenn die o. g. Antriebseinflüsse fehlen und sie nicht mehr benötigt wird.
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Grundsätzlich sind keine Systeme bekannt, bei denen das Lenkverhalten in Abhängigkeit der Beschaffenheit der Fahrbahn, der Reibwertverteilung zwischen den Rädern (μ-Split), des fahrdynamischen Zustandes des Fahrzeugs, insbesondere des instationären Zustandes, des Verhaltens des Fahrzeugführers und des Streckenprofils geregelt wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Lenkverhalten eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Anpassung eines Lenkverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Servolenksystem gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass Fahrtrichtungsstörungen aufgrund ungleich langer Antriebswellen kompensiert werden.
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Erfindungsgemäß wird das Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung der Mess- und Regelgrößen des Fahrdynamiksystems angepasst bzw. verbessert. Die Anpassung der stationären und instationären Charakteristik des Fahrdynamiksystems erfolgt dabei vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der momentanen Fahrsituation und der Fahrbahnbeschaffenheit durch permanentes Ermitteln und Auswerten parametrierter Mess- und Regelgrößen aus dem fahrdynamischen Assistenzsystem des Fahrzeugs (z. B. ESP).
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Moderne Fahrzeuge sind nämlich üblicherweise mit Fahrdynamiksystemen ausgestattet, die beispielsweise die Stabilität des Fahrzeugs beeinflussen können. Ein solches Fahrdynamiksystem ermittelt permanent Daten zur Fahrerunterstützung. Durch die Verknüpfung von zum Beispiel Schlupfregel-, Brems- und Fahrstabilitätssystemen (ABS, ASC, DSC, ESP usw.) gelingt es, die aktive Sicherheit und den Fahrkomfort zu steigern und so den Fahrer zu entlasten, sie helfen dem Fahrer, sein Fahrzeug auch in kritischen Situationen sicher zu beherrschen.
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Derartige Systeme treten erst dann in Aktion, wenn beispielsweise die Reifen Gefahr laufen, die Haftung zu verlieren, d. h. bevor die Räder durchdrehen, rutschen oder blockieren. Radsensoren überwachen z. B., wie schnell sich die Räder während des Bremsvorgangs drehen. Neigt ein Rad zum Blockieren, wird automatisch der Bremsdruck am entsprechenden Radbremszylinder soweit verringert, bis das Rad wieder unter normalem Schlupf läuft.
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Bei der Antriebsschlupfregelung sorgen Sensoren dafür, dass die Antriebskraft beim Beschleunigen mit minimalem Schlupf übertragen wird. Unabhängig von der Stellung des Gaspedals wird nur soviel Motorleistung zugelassen, wie in der momentanen Fahrsituation ohne durchdrehende Räder möglich ist. Durch Erfassung der Radgeschwindigkeiten durch Sensoren erkennt dieses System ob die Räder sicher greifen. Neigen die angetriebenen Räder zum Durchdrehen, greift die Regelung in das Motormanagement ein und nimmt unabhängig von der momentanen Gaspedalstellung das Drehmoment zurück.
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Bei der dynamischen Stabilitätskontrolle ermitteln zusätzliche Sensoren weitere Fahrzustände, um die Fahrsicherheit bei abrupten Ausweichmanövern oder plötzlichen Gefahrsituationen zu erhöhen. Eine Erweiterung des ABS erhöht die Fahrstabilität besonders beim Bremsen in Kurven. Das Regelungssytem regelt die Bremsdrücke unterhalb der ABS-Regelschwelle durch unterschiedlich hohe Brersdrücke rechts und links für stabilisierende Gegenmomente. Weiterhin sind dynamische Bremsmanagement-Systeme bekannt, die das Bremsen des Fahrers unterstützen bzw. den Bremsvorgang beispielhaft beschleunigen.
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Sensoren ermitteln die Gierrate, die angibt, wie schnell sich das Fahrzeug um seine Hochachse dreht, die Querbeschleunigung, als Maß für Kurvenradius- und Geschwindigkeit, den Lenkwinkel, der die gewünschte Richtung angibt und den Bremsdruck, den der Fahrer über das Pedal ausübt sowie die Drehzahl der einzelnen Räder. Die oben genannten Ausführungen sind nur beispielhaft zu verstehen, Fahrdynamikdaten werden auch aus weiteren Systemen ermittelt und genutzt.
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Vorzugsweise wird das Lenkgefühl insbesondere im Hinblick auf die Kompensation wie z. B. eine aktive Rückstellung der Räder zurück in eine gerade Ausrichtung beeinflusst, um dem Fahrer eine feinfühlige Sensierung und somit einen Hinweis auf eventuell kritische Fahrzustände zu ermöglichen, ohne aber den Komfort zum Beispiel bei hohen Reibwerten negativ zu beeinflussen. Dies kann beispielsweise eine Rücknahme der aktiven Rückstellung bei niedrigem Reibwert der Fahrbahnoberfläche bedeuten, um dem Fahrer eine feinfühlige Sensierung des Fahrzustandes zu ermöglichen und ihm damit seine Lenkarbeit zu reduzieren.
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Vorzugsweise eignet sich die Anpassung des Lenkverhaltens auch Kompensation von Fahrtrichtungsstörungen, die verschiedene Ursachen haben können. Beispielsweise kommt es zu Fahrtrichtungsstörungen, wenn die Antriebswellen der lenkbaren Räder ungleiche Längen aufweisen, oder wenn sich die Räder beim Beschleunigen auf Untergründen mit unterschiedlichen Reibwerten befinden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anpassung können derartige, bisher nicht zu kompensierende Fahrtrichtungsstörungen kostengünstig ausgeglichen werden.
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Die Kompensation von geometriebedingten Rückwirkungen des Antriebsstranges auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund ungleich langer Antriebswellen, die über eine feste Korrelation zwischen Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, Gang und Lenkmoment beschrieben sind, erfolgt erfindungsgemäß durch Beobachtung und Auswertung der parametrierten Meß- und Regelgrößen aus dem Antriebsstrang des Fahrzeuges. Aus der Motor- und Getriebesteuerung und Auswertung der bekannten festen Korrelationen zwischen diesen und deren Rückwirkung auf die Lenkung bzw. das Lenkmoment kann ein gegensinniges Lenkmoment aufgegeben werden, das dieser Rückwirkung entgegen wirkt. Dies kann z. B. durch die Auswertung des Motormomentes aus der Motorsteuerung und der eingelegten Fahrstufe aus der Getriebesteuerung erfolgen. Dadurch werden diese Antriebseinflüsse auf das Lenkverhalten kompensiert und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen vermieden. Durch intelligente Softwareverknüpfungen ist letztendlich möglich, gleich lange Antriebswellen auf ungleich lange (und umgekehrt) sozusagen umzustellen.
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Auch ist eine Kompensation von geometriebedingten Antriebseinflüssen auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund der Momentenverteilung von Allradsystemen, die über eine feste Korrelation zwischen der Verteilung des Antriebsmomentes auf die Vorderräder und dem dadurch induzierten Störmoment beschrieben sind, möglich.
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Durch Beobachtung und Auswertung der parametrierten Meß- und Regelgrößen aus dem Antriebsstrang des Fahrzeuges, d. h. der Motor und Getriebesteuerung und der Steuerung des Allradsystems und Auswertung der bekannten Korrelationen zwischen diesen und deren Rückwirkung auf die Lenkung bzw. das Lenkmoment wird ein Lenkmoment aufgegeben, das dieser Rückwirkung gegensinnig ist und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen vermieden.
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Dies kann durch die Auswertung des Motormomentes aus der Motorsteuerung, der eingelegten Fahrstufe aus der Getriebesteuerung und der Momentenverteilung aus der Steuerung des Allradsystemes erfolgen, wodurch diese Einflüsse aus dem Allradsystem auf das Lenkverhalten und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert werden.
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Eine Kompensation von Antriebseinflüssen auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund unterschiedlicher Verteilung des Antriebsmomentes auf die Vorderräder bedingt durch unterschiedliche Fahrbahnreibwerte an diesen, die über eine feste Korrelation zwischen der reibwertinduzierten Verteilung des Antriebsmomentes auf die Vorderräder und dem Lenkmoment beschrieben sind, ist ebenfalls möglich.
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Durch Beobachtung und Auswertung der parametrierten Meß- und Regelgrößen aus dem Antriebsstrang des Fahrzeuges, d. h. der Motor und Getriebesteuerung bzw. dem Fahrdynamiksystem und Auswertung der bekannten Korrelationen zwischen diesen und deren Rückwirkung auf die Lenkung bzw. das Lenkmoment wird ein Lenkmoment aufgegeben, das dieser Rückwirkung gegensinnig ist und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert.
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Dies kann durch die Auswertung des Motormomentes aus der Motorsteuerung, der eingelegten Fahrstufe aus der Getriebesteuerung und den Raddrehzahlen aus dem Fahrdynamiksystem erfolgen. Durch die Auswertung der Raddrehzahlen in Abhängigkeit vom Lenkwinkel kann der Schlupf an den Vorderrädern und damit die Verteilung des Antriebsmoments auf diese errechnet und diese Einflüsse unterschiedlicher Fahrbahnreibwerte an den Vorderrädern auf das Lenkverhalten und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert werden.
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Schließlich ist die Kompensation der Einflüsse der Verteilung der Bremskraft auf das Lenkverhalten aufgrund unterschiedlicher und transienter Verteilung der Fahrbahnreibwerte an den Rädern, die durch eine Korrelation mit der reibwertinduzierten Verteilung der Bremskraft beschrieben sind (μ-split Braking, transient μ Braking) erreichbar.
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Durch permanente Beobachtung und Auswertung der parametrierten Meß- und Regelgrößen aus dem ABS- bzw. Fahrdynamiksystem und Auswertung der bekannten Korrelationen zwischen diesen und deren Rückwirkung auf das Lenkverhalten wird ein Lenkmoment aufgegeben, das dieser Rückwirkung gegensinnig ist und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert.
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Dies kann durch die Auswertung der Raddrehzahlen und Bremsdrücke aus dem ABS- bzw. Fahrdynamiksystem erfolgen. Durch die Auswertung der Raddrehzahlen in Abhängigkeit vom Lenkwinkel kann der Schlupf an den Vorderrädern berechnet und damit die notwendige Verteilung der Bremskraft auf diese ermittelt werden.
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Dadurch werden diese Einflüsse unterschiedlicher Fahrbahnreibwerte an den Vorderrädern auf das Lenkverhalten und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren auch dann, wenn es auch den momentanen Fahrzustand, das Verhalten des Fahrzeugführers und das Streckenprofil berücksichtigt. Beispielsweise können die aktive Rückstellung, die Dämpfung usw. an die Fahrsituation angepasst und dem Fahrer eine klare Rückmeldung auf beispielsweise kritische Fahrzustände gegeben werden, ohne dabei den Komfort negativ zu beeinflussen. Dies kann, wie ausgeführt, eine Rücknahme der aktiven Rückstellung der lenkbaren Räder, der Dämpfung oder anderer Kompensationen bei kurvenreicher Fahrbahn bedeuten, denkbar ist aber zum Beispiel auch eine Anpassung an schlechte, unebene oder glatte Fahrbahnen oder an viele oder wenig Kurven. Hierbei erfolgt die Anpassung vorzugsweise darüber, dass beispielsweise Querbeschleunigungen oder die Benutzung des Bremspedals bzgl. Häufigkeit und Kraft der Benutzung ermittelt und aufgezeichnet werden. Bei kurvenreicher Strecke können dann die Lenkung bzw. das Fahrwerk individuell angepasst werden. Auch kann eine Anpassung erfolgen, wenn beispielsweise das Gaspedal häufig und schnell betätigt wird, der Fahrer offensichtlich an einer hohen Beschleunigung interessiert ist. Auch dann ist es sinnvoll wenn das Lenkverhalten des Fahrzeugs straffer wird.
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Vorzugsweise können auch Daten eines Positionssensors des Elektromotors, der die Lenkung unterstützt, genutzt werden. Hierzu eignen sich beispielsweise besonders bürstenlose Elektromotoren.
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Anhand der einzigen Figur, die eine Prinzipdarstellung einer Sicherheitsüberwachung des Betriebsverhaltens zeigt, wird die Erfindung näher erläutert. Das gezeigte Ausführungsbeispiel soll dabei nur beispielhaft gelten und die Erfindung nicht beschränken.
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Wie sich der zugehörigen Legende entnehmen lässt, ist zwischen den gezeigten Komponenten eine strukturelle Verbindung, Signalfluss oder Kraftfluss bzw. Energiefluss möglich. Weiterhin sind Systemgrenzen und Subsystemgrenzen durch unterschiedliche Strichstärken dargestellt.
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Ein Fahrer 14 bringt ein Lenkmoment über eine Lenksäule 16 auf ein Lenkgetriebe 18 auf. Das Lenkgetriebe 18 weist ein Ritzel 22 auf, über das das Lenkmoment auf die Zahnstange 10 übertragen wird. Optional kann die Lenksäule 16 einen Lenkwinkelsensor 12 nach dem Stand der Technik aufweisen. Alternativ kann der Lenkwinkelsensor 12 auch im Lenkgetriebe 18 oder an der Zahnstange 10 angeordnet sein.
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Das Lenkmoment wird durch ein Reduktionsgetriebe 24 unterstützt, das wiederum von einem Elektromotor 26 angetrieben wird. Der Elektromotor 26 der die Drehung des Lenkungsstranges bzw. eine Verschiebung einer Zahnstange, die die Räder schwenkt, unterstützt, beinhaltet einen Positionssensor 20, durch den auf die aktuelle Stellung der Räder bzw. den Lenkwinkel rückgeschlossen werden kann. Es können entweder der Lenkwinkelsensor 12 und der Positionssensor 20 vorgesehen sein, eine der Komponenten kann jedoch auch ausreichen.
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Weiterhin weist das Lenkgetriebe 18 einen Drehstab 28 auf. Über den Drehstab ist es möglich, ein auf das Lenkgetriebe 18 wirkendes Lenkmoment mit Hilfe eines Lenkmomentensensors 42 zu ermitteln.
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Die durch den Positionssensor 20 ermittelten Werte werden an ein Steuergerät 32 übermittelt. Über das Steuergerät 32 wird der Elektromotor 26 gesteuert, ermittelt also unter anderem das optimale Unterstützungsmoment für das Reduktionsgetriebe 24.
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An das Steuergerät 32 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel weiterhin eine ermittelte Momentenverteilung eines Allradsystems 34, der ermittelte eingelegte Gang einer Getriebesteuerung 36, das ermittelte Motormoment einer Motorsteuerung 38, sowie der Lenkwinkel, die Gierrate, die Querbeschleunigung und die Raddrehzahlen, jeweils ermittelt von einem Fahrdynamiksystem 40, übermittelt. Das Fahrdynamiksystem 40 empfängt weiterhin den vom Lenkwinkelsensor 12 ermittelten Lenkwinkel. Weiterhin empfängt das Steuergerät 32 das auf das Lenkgetriebe 18 wirkende Lenkmoment vom Lenkmomentensensor 42.