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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine elektrische Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Die
DE 3000562 A1 offenbart eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen, die in einfacher Weise eine Zündverstellung in Abhängigkeit der Drehzahl vornimmt und bei der ohne größeren Aufwand eine Vielzahl weiterer Parameter zur Beeinflussung des Zündzeitpunkts herangezogen werden können. Die Zündanlage umfaßt eine Zähleinrichtung zur Ermittlung eines drehzahlabhängigen Zahlenwerts, wobei dieser drehzahlabhängige Zahlenwert in einer Multiplizierstufe mit parameterabhängigen Zahlenwerten multipliziert und der dadurch ermittelte Wert ausgezählt wird. Ein am Auszählende erzeugtes Signal, vorzugsweise mit Hilfe eines Komparators, bestimmt den Zündzeitpunkt.
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Aus der
DE 2733106 A1 ist ein Frühzündgerät für Brennkraftmaschinen bekannt, mit einer elektronischen Schaltung und Zählern welche für die Laufgeschwindigkeit des Motors proportionale Impulse sowie eine Kontrollvorrichtung für die Aufladezeit der Zündspule, die von der elektronischen Schaltung einschaltbar ist und der Schaltung während der gesamten Aufladezeit der Spule ein Reaktionssignal zuleitet.
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Beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine ist es bekannt, dass vor der Erzeugung eines Zündfunkens durch eine Zündkerze zuerst eine Zündspule aufgeladen werden muss, oder dass das Öffnen eines Einspritzventils eine endliche Zeitdauer in Anspruch nimmt und deshalb vor dem eigentlichen Einspritzzeitpunkt bereits begonnen werden muss.
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Verallgemeinert bedeutet dies, dass in einem ersten Zeitpunkt eine erste Aktion, beispielsweise das Aufladen der Zündspule oder das Öffnen des Einspritzventils, begonnen werden muss, um danach in einem zweiten Zeitpunkt eine zweite Aktion, beispielsweise die Erzeugung des Zündfunkens oder das Einspritzen von Kraftstoff, durchführen zu können.
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Voraussetzung für die zweite Aktion, also beispielsweise für die Erzeugung des Zündfunkens oder das Einspritzen von Kraftstoff, ist dabei, dass die vorhergehende erste Aktion, also beispielsweise das Aufladen der Zündspule oder das Öffnen des Einspritzventils, beendet ist. Dies wird bekannter Weise dadurch berücksichtigt, dass in einem ersten Schritt der zweite Zeitpunkt der zweiten Aktion, also beispielsweise der erwünschte Zündzeitpunkt oder der erwünschte Einspritzzeitpunkt, vorausberechnet wird, um danach in einem zweiten Schritt den ersten Zeitpunkt, also den Beginn der ersten Aktion, beispielsweise den Beginn des Aufladens der Zündspule oder den Beginn des Öffnens des Einspritzventils, in rückwärtiger Richtung zu berechnen.
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Ersichtlich erfordert die vorstehend erläuterte Vorgehensweise einen erhöhten Rechenaufwand und wird deshalb üblicherweise von einem Mikroprozessor mittels einer entsprechenden Programmierung durchgeführt.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine elektrische Schaltung zu schaffen, mit denen die beschriebenen Berechnungen mit einem möglichst geringen Aufwand durchgeführt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine elektrische Schaltung nach dem Anspruch 3 gelöst.
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Der grundlegende Unterschied zwischen der bekannten und der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, dass erfindungsgemäß keine rückwärtsgerichtete Berechnung erforderlich ist. Statt dessen wird durch die Erfindung ein Signal erzeugt, das um eine bestimmte Zeitdauer in die Zukunft verschoben ist. Die vorgenannte Zeitdauer entspricht dabei derjenigen Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt, die bisher in rückwärtiger Richtung berücksichtigt wurde.
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Damit wird erreicht, dass bei der Erfindung – wie bisher – der zweite Zeitpunkt der zweiten Aktion berechnet werden kann. Aufgrund des erfindungsgemäßen voreilenden Signals kann jedoch bei der Erfindung dieser zweite Zeitpunkt nunmehr als erster Zeitpunkt interpretiert und als Beginn der ersten Aktion herangezogen werden. Danach kann der tatsächliche zweite Zeitpunkt in einfacher Weise durch eine vorwärtsgerichtete Hinzufügung der genannten Zeitdauer festgelegt und die zweite Aktion ausgeführt werden.
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Diese erfindungsgemäße Vermeidung einer Rückwärtsrechnung hat eine wesentliche Vereinfachung der durchzuführenden Berechnungen zur Folge. Insbesondere ergibt sich daraus der wesentliche Vorteil, dass die gesamten Berechnungen in einfacher Weise als eine elektrische Schaltung ausgeführt werden können. Ein Mikroprozessor oder dergleichen ist damit nicht mehr erforderlich.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines schematischen Diagramms zur Erläuterung von Zusammenhängen zwischen Winkelstellungen eines Geberrads, zugehörigen Zeitpunkten und Zeitdauern,
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung zur Verarbeitung eines durch das Geberrad der 1 erzeugten Signals,
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorlaufschaltung der elektrischen Schaltung der 2, und
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Tabelle von Signalen der Vorlaufschaltung der 3.
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Bei einer Brennkraftmaschine ist es bekannt, das in einem Brennraum vorhandene Luft/Kraftstoff-Gemisch mit Hilfe einer Zündkerze zu entzünden. Die hierzu notwendige Zündenergie wird von einer Zündspule geliefert. Dabei ist es erforderlich, zuerst die Zündspule mit einem Strom aufzuladen, um danach mit Hilfe der Zündkerze einen Zündfunken erzeugen zu können.
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Für die Aufladung der Zündspule ist eine bestimmte Ladezeitdauer erforderlich. Weiterhin muss der Zündfunke in einem bestimmten Zündzeitpunkt bzw. bei einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle erzeugt werden. Damit muss die Aufladung der Zündspule zumindest um die Ladezeitdauer vor dem Zündzeitpunkt begonnen werden.
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Es muss also vor einem derartigen Zündvorgang für den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine berechnet werden, wann der Zündfunke erzeugt werden muss. Dies erfordert in einem ersten Schritt eine vorausschauende Berechnung. Daraus muss nachfolgend berechnet werden, wann mit der Aufladung der Zündspule begonnen werden muss, um eine vollständige Aufladung de Zündspule im Zündzeitpunkt zu erreichen. Dieser zweite Schritt stellt eine rückwärts gerichtete Berechnung dar.
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Die vorstehenden Berechnungen werden nachfolgend anhand der 1 näher erläutert. Die dabei genannten Zeitpunkte, Winkelstellungen und Zeitdauern sind in der 1 eingetragen. Zu diesem Zweck ist in der 1 eine Zeitachse t und eine Winkelachse φ vorhanden.
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Es wird dabei davon ausgegangen, dass beispielsweise das erwähnte Geberrad in einem aktuellen Zeitpunkt tc eine aktuelle Winkelstellung φc besitzt. Bei einer erwünschten Winkelstellung φe des Geberrads soll eine zweite Aktion A2 ausgelöst werden, beispielsweise der Zündfunke erzeugt werden. Diese Winkelstellung φe entspricht einem zweiten Zeitpunkt t2, im vorstehenden Beispiel dem Zündzeitpunkt. Damit diese Aktion A2 ausgelöst werden kann, muss vor der Winkelstellung φe eine erste Aktion A1 begonnen werden, beispielsweise die Zündspule aufgeladen werden. Der Beginn der Aktion A1 muss um die Zeitdauer Tv vor der Winkelstellung φe und damit vor der Aktion A2 liegen. Die Zeitdauer Tv stellt dabei diejenige Zeitdauer dar, die im genannten Beispiel erforderlich ist, um die Zündspule vollständig aufzuladen.
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Der Beginn der Aktion A1 muss damit in einem ersten Zeitpunkt t1 erfolgen. Daraus ergibt sich eine Zeitdauer Tw von dem aktuellen Zeitpunkt tc bis zu dem Zeitpunkt t1 des Beginns der ersten Aktion A1.
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Geht man nunmehr weiterhin davon aus, dass die Veränderung φc' der aktuellen Winkelstellung φc aus dieser aktuellen Winkelstellung φc abgeleitet werden kann, dass also letztlich die aktuelle Drehzahl des Geberrads bekannt oder zumindest ermittelbar ist, so gilt der folgende Zusammenhang: Tw + Tv = (φe – φc)/φc'.
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Der Term ”(φe – φc)/φc')” stellt dabei diejenige Zeitdauer dar, die bei der aktuellen Drehzahl ausgehend von dem aktuellen Zeitpunkt tc bis zu dem Zeitpunkt t2 der Aktion A2 vergeht. Bei bekannter Zeitdauer Tv kann aus dem vorstehenden Zusammenhang somit die Zeitdauer Tw ermittelt werden, die ausgehend vom aktuellen Zeitpunkt tc bis zum Beginn der Aktion A1, also bis zu dem Zeitpunkt t1 gewartet werden muss. Diese Zeitdauer Tw ist das Ergebnis der beiden erwähnten Schritte einer Vorausberechnung und nachfolgenden Rückwärtsrechnung.
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Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass der vorstehende Zusammenhang nur dann zu einer korrekten Ermittlung beispielsweise der Zeitdauer Tw führt, wenn die aktuelle Drehzahl des Geberrads konstant bleibt. Ist dies nicht der Fall, so hat dies Ungenauigkeiten der erläuterten Berechnungen zur Folge.
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In der 2 ist eine elektrische Schaltung 10 dargestellt. In dieser 2 ist das bereits erwähnte Geberrad mit der Bezugsziffer 12 gekennzeichnet. Bei dem Geberrad 12 handelt es sich beispielsweise um ein Zahnrad, das beispielsweise an seinem Umfang mit einer vorgegebenen Anzahl von gleichartigen und gleich beabstandeten Zähnen versehen ist.
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Dem Geberrad 12 ist ein Sensor 13 zugeordnet, der beispielsweise in Abhängigkeit von den vorbeilaufenden Zähnen des Geberrads 12 ein Signal S1 erzeugt. Das Signal S1 weist eine Abfolge von Pulsen auf, wobei beispielsweise jeder Puls einem vorbeilaufenden Zahn entspricht. Dieses Signal S1 ist einer PLL-Schaltung 15 (PLL = phase-locked loop) zugeführt, die aus dem Signal S1 ein Signal Nin erzeugt. Das Signal Nin weist eine Abfolge von Pulsen mit einer vorgegebenen Amplitude und einer von dem Signal S1 abhängige Frequenz auf.
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Das Signal Nin ist einer Vorlaufschaltung 17 zugeführt, die ein Signal Nout erzeugt, wie dies anhand der 3 noch näher erläutert werden wird. Das Signal Nout ist einer Zählschaltung 19 zugeführt, die daraus ein Signal S2 ableitet. Wie nachfolgend erläutert werden wird, ist in diesem Signal S2 die Zeitdauer Tv bereits berücksichtigt.
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In der 3 ist die Vorlaufschaltung 17 der 2 detaillierter dargestellt.
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Gemäß der 3 ist das Signal Nin einer Verzögerung 21 und einer Verknüpfung 23 zugeführt. Die Verzögerung 21 erzeugt ein Signal Ndel, das ebenfalls der Verknüpfung 23 zugeführt ist. An ihrem Ausgang stellt die Verknüpfung 23 das Signal Nout zur Verfügung.
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Die Verzögerung 21 kann beispielsweise als Schieberegister ausgebildet sein und eine Anzahl St an Registerzellen aufweisen.
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Der Verzögerung 21 ist die Zeitdauer Tv zugeführt. Diese wird von einer Berechnung 25 aus der Anzahl St, einer Systemtaktzeitdauer Tsys sowie aus einer Verzögerungszahl Nv ermittelt.
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Soll beispielsweise die Aktion A1 um Tv = 205 μs vor der Aktion A2 begonnen werden, und beträgt die Anzahl St beispielsweise St = 1024 sowie die Systemtaktzeitdauer Tsys beispielsweise Tsys = 13,3 ns, so kann die erwünschte Zeitdauer Tv dadurch eingestellt werden, dass die Verzögerungszahl Nv wie folgt gewählt wird: Nv = Tv/(St × Tsys) = 205 μs/(1024 × 13,3 ns) = 15.
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Auf diese Weise können über die Verzögerungszahl Nv beliebige Zeitdauern Tv erreicht und eingestellt werden. Voraussetzung ist allerdings, dass die Verzögerungszahl Nv derart gewählt wird, dass der eine Frequez darstellende Term ”1/(Nv × Tsys)” kleiner ist als die Frequenz des Signals Nin, da ansonsten Pulse verloren gehen würden.
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Liegt nunmehr an der Verzögerung 21, wie erläutert wurde, die Zeitdauer Tv an, so hat dies zur Folge, dass das Ausgangssignal Ndel der Verzögerung 21 um genau diese Zeitdauer Tv gegenüber dem Signal Nin verzögert ist. Aufgrund der Verstellbarkeit der Zeitdauer Tv sind die beiden Signale Nin, Ndel asynchron zueinander.
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Die beiden letztgenannten Signale Nin, Ndel beaufschlagen daraufhin die Verknüpfung 23. Dort wird das Signal Nin mit einem Faktor ”+2” und das Signal Ndel mit einem Faktor ”–1” gewichtet. Der Faktor ”+2” bedeutet, dass jeder Puls des Signals Nin zwei Pulse in dem Signal Nout zur Folge hat. Entsprechend bedeutet der Fakor ”–1”, dass bei jedem Puls des Signals Ndel im Signal Nout ein Puls gelöscht wird.
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Damit ergibt sich am Ausgang der Verknüpfung das Signal Nout wie folgt: Nout = (2 × Nin) – Ndel.
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Dies ist jedoch gleichbedeutend mit: Nout = Nin + (Nin – Ndel).
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Der Term ”(Nin – Ndel)” stellt dabei gerade diejenige Anzahl von Pulsen dar, die in einem bestimmten Zeitpunkt in der Verzögerung 21, also in dem Schieberegister enthalten ist. Der Term ”(Nin – Ndel)” ist damit gleichbedeutend mit der Zeitdauer Tv.
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Dies hat zur Folge, dass das Signal Nout letztlich dem um die Zeitdauer Tv in die Zukunft verschobenen Signal Nin entspricht. In dem Signal Nout ist damit, wie eingangs erwähnt wurde, die Zeitdauer Tv bereits berücksichtigt.
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Dies soll wie folgt verdeutlicht werden:
Es wird zuerst angenommen, dass in der elektrische Schaltung 10 der 2 die Vorlaufschaltung 17 nicht enthalten ist, und dass statt dessen die Signale Nin, Nout einander entsprechen, also Nin = Nout gilt. In diesem Fall muss von der Zählschaltung 19 in dem eingangs erwähnten ersten Schritt der zweite Zeitpunkt t2 vorausberechnet werden, in dem die Aktion A2 stattfinden soll. Danach muss in einem zweiten Schritt rückwärtsgerichtet der erste Zeitpunkt t1 berechnet werden, also wann die Aktion A1 begonnen werden muss, damit die Aktion A2 in dem erwünschten Zeitpunkt stattfinden kann. Der erste Zeitpunkt t1 wird dabei dadurch ermittelt, dass die Zeitdauer Tv von dem zweiten Zeitpunkt t2 abgezogen wird.
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Es wird nunmehr davon ausgegangen, dass die elektrische Schaltung 10 der 2 in der dargestellten Weise, also mit der Vorlaufschaltung 17 gemäß der 3, vorhanden ist. In diesem Fall muss von der Zählschaltung 19 nur der zweite Zeitpunkt t2 vorausberechnet werden, also wann die Aktion A2 stattfinden soll. Da das Signal Nout in diesem Fall, wie erläutert wurde, um die Zeitdauer Tv in die Zukunft verschoben ist, muss die Zählschaltung 19 keine Rückwärtsrechnung mehr durchführen. Statt dessen interpretiert die Zählschaltung 19 den vorausberechneten Zeitpunkt als den ersten Zeitpunkt t1, in dem die Aktion A1 beginnen muss. In diesem Zeitpunkt t1 kann somit von der Zählschaltung 19 die Zeitdauer Tv gestartet werden, um nach deren Ablauf den zweiten Zeitpunkt t2 zu erhalten, in dem die Aktion A2 durchzuführen ist.
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Bei der in der 2 dargestellten elektrischen Schaltung 10 und der dort vorhandenen Vorlaufschaltung 17 ergibt sich somit ein ”Voreilen” des Signals Nout um die Zeitdauer Tv gegenüber dem Signal Nin. Bei konstanter Drehzahl des Geberrads 12 hat dieses ”Voreilen” keinerlei Folgen. Bei Veränderungen der Drehzahl des Geberrads 12 und einer dadurch beispielsweise erhöhten Anzahl von Pulsen pro Zeiteinheit bei dem Signal Nin hat die Vorlaufschaltung 17 zur Folge, dass die Anzahl von Pulsen pro Zeiteinheit bei dem Signal Nout stärker ansteigt als bei dem Signal Nin. Dies ist jedoch gleichbedeutend damit, dass das Signal Nout einen größeren Drehzahlanstieg repräsentiert als tatsächlich bisher vorhanden. Es wird also von der Vorlaufschaltung 17 ein Signal Nout erzeugt, das einer Drehzahl des Geberrads 12 entspricht, die aktuell noch nicht erreicht ist, sondern die erst in Zukunft bei unterstelltem weiteren Drehzahlanstieg erreicht werden wird. Genau dieser Vorgang stellt das ”Voreilen” des Signals Nout hinsichtlich des Signals Nin dar.
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Ein Ausführungsbeispiel der Verknüpfung 23 ist in der 4 anhand einer Tabelle dargestellt. Die in dieser Tabelle angegebenen und nachfolgend erläuterten Funktionen können mit Hilfe elektronischer Bauteile realisiert werden.
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Die Tabelle der 4 weist zuerst zwei Spalten für die beiden Signale Nin, Ndel auf. Ist in den beiden Spalten ein ”Yes” oder ein ”No” angegeben, so bedeutet dies, dass bei dem zugehörigen Signal Nin, Ndel ein Puls vorhanden ist oder nicht vorhanden ist.
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Weiterhin weist die Tabelle der 4 zwei Spalten auf, die einen Wert Nold und einen Wert Nnew betreffen. Der Wert Nold ist eine ganze Zahl, die positiv oder negativ sein kann. Der Wert Nold wird innerhalb der Verknüpfung 23 zwischengespeichert. Der Wert Nold stellt letztlich diejenige Anzahl von Pulsen dar, die in dem Signal Nout noch weggelassen oder hinzugefügt werden müssen.
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Anhand der mit ”Nold” gekennzeichneten Spalte wird überprüft, ob der Wert Nold bestimmte, in der genannten Spalte angegebene Bedingungen erfüllt. In Abhängigkeit davon wird entsprechend der mit ”Nnew” gekennzeichneten Spalte der Wert Nnew gebildet, der dann als neuer Wert Nold abgespeichert wird.
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Durch diese Funktionen wird also der Wert Nold gegebenenfalls verändert. Ist beispielsweise bei dem Signal Ndel ein Puls vorhanden, bei dem Signal Nin jedoch nicht, so kann die an sich aufgrund des Pulses des Signals Ndel erforderliche Löschung eines Pulses des Signals Nout nicht durchgeführt werden, da ja – wie gesagt – bei dem Signal Nin kein Puls vorhanden ist. Aus diesem Grund wird in diesem Fall der Wert Nold um ”1” vermindert. Damit wird erreicht, dass bei dem Signal Nout später ein Puls gelöscht wird, sobald dort wieder ein Puls vorhanden ist. Wird dann dieser Puls des Signals Nout später gelöscht, so wird der Wert Nold wieder um ”1” erhöht.
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Schließlich ist in der Tabelle der 4 eine Spalte mit dem Signal Nout enthalten. Ist in dieser Spalte ein ”Yes” oder ein ”No” angegeben, so bedeutet dies, dass bei dem zugehörigen Signal Nout ein Puls erzeugt wird oder nicht erzeugt wird.
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Die ersten drei Spalten Nin, Ndel, Nold stellen somit die Auswahlkriterien der Tabelle der 4 dar, in deren Abhängigkeit eine der Zeilen dieser Tabelle ausgewählt wird. Die weiteren beiden Spalten Nnew, Nout stellen dann die Ergebnisse dar, die aus der ausgewählten Zeile übernommen und entsprechend abgespeichert bzw. ausgeführt werden.
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Die vorstehend erläuterten Funktionen beziehen sich dabei immer auf vollständige Pulse der Signale Nin, Ndel, Nout. Als Anfangswert für den Wert Nold kann beispielsweise ”0” gewählt werden.
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Bei konstanter Drehzahl des Geberrads 12 kann sich der Wert Nold aufgrund von Veränderungen der Zeitdauer Tv zwischen ”+1” und ”–1” bewegen. Bei Veränderungen der Drehzahl des Geberrads 12 kann der Wert Nold in Abhängigkeit von der vorhandenen Beschleunigung oder Verzögerung des Geberrads 12 bis auf die Anzahl St der Registerzellen der Verzögerung 21 positiv oder negativ ansteigen.
