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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Radposition
in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Ein
derartiges Verfahren wird in der
DE 10 2005 022 287 A1 beschrieben. Aus dieser
Druckschrift ist es bekannt, in ein Reifendruckmodul, welches in
den Reifen eines Rades integriert wird, zusätzlich zu einem
Drucksensor zur Erfassung des Reifenluftdrucks zwei Beschleunigungssensoren
vorzusehen, die Beschleunigungen in Radialrichtung bzw. in Umfangsrichtung
erfassen, so dass die von den Beschleunigungssensoren gelieferten
Sensorsignale zueinander um 90° phasenverschoben sind. Aus
der Phasendifferenz zwischen den Sensorsignalen kann in einem Regel-
bzw. Steuergerät auf die Position des betreffenden Rades
im linken bzw. rechten Fahrzeugseitenbereich geschlossen werden. Diese
Information ist für die Zuordnung des entsprechenden Druckwertes
zum Reifen von Bedeutung.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrzeug mit einfachen
Maßnahmen und hoher Sicherheit die Information über
die Radposition im linken bzw. rechten Fahrzeugbereich selbsttätig bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren dient zur selbsttätigen
Feststellung, ob ein Sensorsignal von einem Rad im linken oder im
rechten Seitenbereich stammt. Damit ist auch im laufenden Betrieb
die selbsttätige Zuordnung des Sensorsignals zum linken
oder zum rechten Fahrzeugrad möglich und kann beispielsweise
in einer Fahrdynamikregelung entsprechend berücksichtigt
werden. Voraussetzung für die Durchführung des
Verfahrens sind mindestens zwei zueinander phasenverschobene Sensorsignale pro
Rad. Aus der Richtung der Phasenverschiebung lässt sich
auf die Position des Rades entweder auf der linken oder auf der
rechten Fahrzeugseite schließen. Hierbei wird die Tatsache
ausgenutzt, dass aus Kosten- und Vereinfachungsgründen
Räder ungeachtet ihres Einbaus im linken oder rechten Fahrzeugseitenbereich
in sich identisch mit gleicher Anordnung und Positionierung von
Beschleunigungssensoren aufgebaut sind, wobei die spiegelsymmetrische
Anordnung zur Fahrzeuglängsachse zu einer entweder positiven
oder negativen Phasenverschiebung zwischen den Sensorsignalen der
Sensoren eines Rades führt. Diese Phasenverschiebung wird
als Information über die Position des Rades im linken oder
im rechten Fahrzeugseitenbereich herangezogen bzw. ausgewertet.
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Hierbei
ist die Richtung der Fahrzeugbewegung zu berücksichtigen.
Aus diesem Grund wird zweckmäßig vor – ggf.
auch nach – der Auswertung der phasenverschobenen Signale
die Bewegungsrichtung des Fahrzeuges bestimmt, also festgelegt, ob
das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts
fährt. In Abhängigkeit der Bewegungsrichtung liegt
die Phasenverschiebung zwischen den Sensorsignalen eines Rades im
positiven oder im negativen Bereich, woraus auf den linken oder
den rechten Fahrzeugseitenbereich geschlossen werden kann.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, vor der Auswertung der Sensorsignale
zur Bestimmung der Radposition zunächst den Offset jedes
Sensorsignals festzulegen, der die Abweichung des Signal-Mittelwerts
zur x-Achse bezeichnet, um den die Sensorsignale sinusförmig
schwingen. Um die Sensorsignale zueinander in Beziehung setzen zu
können, müssen die Signalwerte zunächst
um diesen Offset bereinigt werden, um eine Signalverfälschung
und eine eventuell daraus resultierende falsche Bestimmung der Radposition
auszuschließen. Die Bereinigung des Offsets erfolgt durch
Verschiebung des Mittelwerts, um den die Signale jedes Beschleunigungssensors sinusförmig
schwingen, auf Null.
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Zur
Bestimmung der Radposition werden mehrere Abtastpunkte jedes Sensors
ermittelt, also mehrere Sensorsignale in kurz aufeinanderfolgenden Zeitpunkten,
und zueinander in Beziehung gesetzt. Pro Radumlauf müssen
zumindest zwei Sensorsignale jedes Sensors bestimmt werden. Die
Signale des ersten und des zweiten Sensors pro Rad werden hierbei
zu gleichen Zeitpunkten ermittelt, um eine sinnvolle Beziehung zwischen
den Signalverläufen herstellen zu können.
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Zweckmäßigerweise
werden nur Sensorsignale aus einem festgelegten Zeitabschnitt zur
Auswertung herangezogen, wobei der betreffende Zeitabschnitt insbesondere
durch das Vorliegen bestimmter Bedingungen zwischen den Signalwerten definiert
ist. Vorteilhafterweise ist dieser mindestens eine Zeitabschnitt – bzw.
der korrespondierende Drehwinkelabschnitt – pro Radumlauf
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Signalverläufe
pro Rad innerhalb dieses Abschnittes sich nicht schneiden. Dies
stellt sicher, dass vorgegebene Bedingungen hinsichtlich des Größenverhältnisses
der Abtastpunkte unterschiedlicher Sensoren eindeutig erfüllt
werden können. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,
zumindest zwei Zeitabschnitte bzw. Drehwinkelabschnitte pro Radumlauf
zuzuordnen, die jeweils zur Identifizierung der Position des betreffenden
Rades berücksichtigt werden.
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Als
weitere Bedingung kann der Gradient der beiden Sensoren im betrachteten
Abschnitt berücksichtigt werden, wobei vorteilhafterweise
als zu erfüllende Bedingung die Gradienten beider Sensoren, also
die Steigung zwischen aufeinanderfolgenden Abtastpunkten, jeweils
entweder ansteigend oder abfallend sein müssen. Über
diese Bedingung ist sichergestellt, dass die Signalverläufe
der beiden Sensoren noch einen ausreichend großen Abstand
zu ihrem Schnittpunkt aufweisen.
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Vorteilhafterweise
werden fortlaufend Sensorsignale erzeugt, die jedoch nur bei Erfüllung
der festgelegten Bedingungen ausgewertet und andernfalls verworfen
werden.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit jeweils zwei Beschleunigungssensoren
pro Rad, deren Signale in einem zentralen Regel- bzw. Steuergerät
ausgewertet werden,
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2 ein
Schaubild mit dem Verlauf der Sensorsignale der beiden Beschleunigungssensoren in
einem Fahrzeugseitenbereich,
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3 eine 2 entsprechende
Darstellung von Sensorsignalen, jedoch von Sensoren eines Rades
aus dem gegenüberliegenden Fahrzeugseitenbereich,
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4 ein
Ablaufdiagramm mit den einzelnen Verfahrensschritten zur Bestimmung
der Radposition in einem Fahrzeug.
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In 1 ist
in stark schematisierter Darstellung ein Kraftfahrzeug 1 mit
Rädern 2, 3, 4 und 5 im vorderen
linken, vorderen rechten, hinten linken und hinten rechten Fahrzeugseitenbereich
gezeigt. Die Fahrzeugvorwärtsrichtung ist mit F gekennzeichnet. Jedes
Fahrzeugrad 2, 3, 4, 5 ist mit
jeweils zwei Beschleunigungssensoren S1, S2 ausgestattet, deren Sensorsignale
zu einem zentralen Regel- bzw. Steuergerät 6 zur
weiteren Auswertung geleitet werden. Möglich ist auch eine
Ausführung mit nur einem Beschleunigungssensor pro Rad,
der zwei unterschiedliche Detektionsachsen aufweist. Die Messrichtungen
der Beschleunigungssensoren S1, S2 sind an jedem Rad winkelversetzt
zueinander angeordnet, so dass ein zueinander phasenversetztes Signal
von den Beschleunigungssensoren S1, S2 geliefert wird. Der Signalverlauf
jedes Sensors S1, S2 ist sinusförmig, dementsprechend weisen
auch die sinusförmigen Sensorsignalverläufe der
Sensoren S1 und S2 jeweils eines Rades zueinander eine Phasenverschiebung
zueinander auf, die dem Winkelversatz zwischen den beiden Sensoren
bzw. zwischen den Messrichtungen der Sensoren entspricht. Beträgt
der Winkelversatz an einem Rad beispielsweise 90°, so beträgt
auch die Phasenverschiebung zwischen den Signalverläufen
90°. Die Beschleunigungssensoren sind zweckmäßigerweise
in ein Reifendruckmodul integriert, das in jedes Rad eingesetzt
wird.
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Die
Räder zumindest im vorderen Seitenbereich links und rechts
bzw. im hinteren Seitenbereich links und rechts sind zueinander
identisch aufgebaut und weisen die gleichen Beschleunigungssensoren in
jeweils gleicher Anordnung auf. Dies führt zu einer spiegelsymmetrischen
Anordnung der Räder und der Sensoren im vorderen linken
und rechten bzw. hinteren linken und rechten Fahrzeugseitenbereich.
Demzufolge sind auch die Sensorsignale der Räder im linken
Seitenbereich gegenüber den Sensorsignalen der Räder
aus dem rechten Seitenbereich um einen positiven bzw. negativen
Phasenwinkel zueinander verschoben. Somit ist es möglich,
aus dem Vorzeichen der Phasenverschiebung der Sensorsignale eines
Rades auf die Position entweder im linken oder im rechten Fahrzeugseitenbereich
zu schließen. Die Phasenverschiebung von beispielsweise
+-90° wird zweckmäßig in eine normierte
Phasenlage von +-1 transformiert, wobei unterschiedliche Vorzeichen
der Phasenlage entgegen gesetzte Fahrtrichtungen repräsentieren.
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In 2 und 3 sind
Schaubilder mit den sinusförmigen Sensorsignalverläufen
der Beschleunigungssensoren jeweils eines Rades dargestellt, wobei 2 beispielsweise
einem Rad aus dem linken Seitenbereich und 3 einem
Rad aus dem rechten Seitenbereich zugeordnet ist. Die Sensorsignalverläufe
sind zueinander um einen Winkelbetrag von 90° phasenverschoben,
wobei die Phasenverschiebung zwischen S1 und S2 im ersten Fall (2) positiv
und im zweiten Fall (3) negativ ist. Zur Bestimmung
der Radposition im linken oder rechten Fahrzeugseitenbereich werden
Abtastpunkte P1, P2, P3, P4 der Sensoren bestimmt, die einzelne
Sensorsignale zu bestimmten Zeitpunkten darstellen. Betrachtet werden
jeweils die Abtastpunkte zu zwei kurz aufeinanderfolgenden Zeitpunkten
bzw. Drehwinkellagen innerhalb einer Radumdrehung des Rades. Zu einem
ersten Zeitpunkt bzw. einer ersten Drehwinkellage werden die Abtastpunkte
P1 und P2 der Sensoren S1 bzw. S2 bestimmt, zu einem kurz darauffolgenden
Zeitpunkt bzw. einer Drehwinkellage die Abtastpunkte P3 und P4 der
Sensoren S1 bzw. S2. Berücksichtigt werden nur definierte
Zeitabschnitte bzw. Drehwinkelabschnitte, die in 2 mit
A und B und in 3 mit C und D gekennzeichnet
sind; in diesen Bereichen erfüllen die Abtastpunkte P1
bis P4 festgelegte Beziehungen, aus denen auf die Radposition im linken
bzw. rechten Fahrzeugbereich geschlossen werden kann.
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Für
den Abschnitt A liegt der Verlauf der Sensorsignale des ersten Sensors
S1 oberhalb der Sensorsignale des zweiten Sensors S2, zugleich besitzen
beide Signalverläufe einen ansteigenden Gradienten. Dementsprechend
ist der Wert des Abtastpunktes P1 größer als der
Wert des Abtastpunktes P2 zum ersten betrachteten Zeitpunktes innerhalb des
Abschnittes A und der Wert P3 des Sensors S1 größer
als P4 des Sensors S2 zum zweiten betrachteten Zeitpunkt innerhalb
des Abschnittes A. Zusätzlich liegt der Verlauf des Sensorsignals
S1 über demjenigen des Sensorsignals S2, so dass P1 kleiner
als P3 und P2 kleiner als P4 ist.
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An
den Abschnitt A schließt sich ein grau gekennzeichneter
Abschnitt an, innerhalb dem sich die Kurvenverläufe von
S1 und S2 schneiden. Dieser grau gekennzeichnete Abschnitt wird
für die Bestimmung der Radposition nicht herangezogen.
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Daran
schließt sich ein weiterer Abschnitt B an, der zur Bestimmung
der Radposition geeignet ist. In dem Abschnitt B liegt der Signalverlauf
von S2 oberhalb des Signalverlaufes S1, beide Signalverläufe
weisen in diesem Abschnitt einen abfallenden Gradienten auf. Dementsprechend
liegt der Abtastpunkt P2 zum ersten betrachteten Zeitpunkt innerhalb
des Abschnittes B über P1 und P4 zum zweiten betrachteten
Zeitpunkt innerhalb des Abschnittes B über P3. Zusätzlich
ist als Gradientenbedingung P2 größer als P4 und
P1 größer als P3.
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An
den Abschnitt B schließt sich ein weiterer, grau gekennzeichneter
Abschnitt an, in welchem sich die beiden Kurvenverläufe
von S1 und S2 schneiden; dieser weitere, grau gekennzeichnete Abschnitt
wird nicht berücksichtigt.
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Der
Kurvenverlauf gemäß 2 kennzeichnet
beispielsweise ein Fahrzeugrad im linken Fahrzeugseitenbereich.
Berücksichtigt werden nur die Abtastzeitpunkte innerhalb
der Abschnitte A und B. Sofern die genannten Beziehungen zwischen
zumindest den vier Abtastpunkten P1 bis P4, also pro Sensor jeweils
zwei Sensorsignale, wie oben beschrieben in den Abschnitten A oder
B erfüllt sind, kann in dem Regel- bzw. Steuergerät
auf die Position des Fahrzeugrades im linken Fahrzeugseitenbereich
geschlossen werden.
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In 3 ist
eine entsprechende Darstellung des Kurvenverlaufs der beiden Sensorsignale
S1 und S2 für ein Fahrzeugrad aus dem gegenüberliegenden
Fahrzeugseitenbereich dargestellt, also beispielsweise aus dem rechten
Fahrzeugseitenbereich. Die Sensorsignale S1 und S2 weisen eine verglichen
mit 2 entgegengesetzte Phasenverschiebung auf. Für
die Bestimmung der Radposition werden wieder nur diejenigen Abschnitte
betrachtet, in denen keine Überschneidung der sinusförmigen Kurvenverläufe
stattfinden; diese Abschnitte sind mit C und D gekennzeichnet. Die übrigen
Abschnitte sind grau hinterlegt, in diesen Abschnitten schneiden
sich die Kurven, so dass keine eindeutige Festlegung möglich
ist.
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Zugleich
unterscheiden sich aber die Bedingungen innerhalb der Abschnitte
C und D von denjenigen der Abschnitte A und B, so dass eine eindeutige
Differenzierung zwischen linkem und rechtem Rad möglich
ist. Im Abschnitt C liegt der Kurvenverlauf des ersten Sensors S1
oberhalb des Sensorverlaufs von S2, allerdings weisen beide Sensorverläufe
einen abfallenden Gradienten auf. Dementsprechend ist der Abtastpunkt
P1 zum ersten betrachteten Zeitpunkt des Abschnittes C größer
als P2 und P3 zum kurz darauffolgenden zweiten betrachteten Zeitpunkt innerhalb
des Abschnittes C größer als P4. Außerdem
ist P1 größer als P3 und P2 größer
als P4. In der Summe unterscheiden sich diese Bedingungen von denjenigen
aus den Abschnitten A und B aus dem gegenüberliegenden
Fahrzeugseitenbereich.
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Im
weiteren Abschnitt D, der ebenfalls für die Auswertung
herangezogen werden kann, liegt der Verlauf des ersten Sensors S1
unter dem Verlauf des zweiten Sensors S2, zugleich weisen beide
Sensorsignalverläufe einen ansteigenden Gradienten auf. Dies
bedeutet, dass im ersten betrachteten Zeitpunkt des Abschnittes
D der Abtastpunkt P2 über dem Abtastpunkt P1 und zum zweiten
betrachteten Zeitpunkt P4 über P3 liegt. Zugleich ist P2
kleiner als P4 und P1 kleiner als P3.
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In 4 ist
beispielhaft ein Ablaufdiagramm mit den einzelnen Verfahrensschritten
zur Bestimmung der Radposition in einem Fahrzeug dargestellt. In
alternativen, der Erfindung unterfallenden Verfahren können
einzelne Verfahrensschritte vertauscht oder weggelassen werden.
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Zunächst
wird zu Beginn des Verfahrens im Verfahrensschritt V0 festgestellt,
ob das Fahrzeug sich in Bewegung gesetzt hat. im nächsten
Verfahrensschritt V1 wird die Bewegungsrichtung des Fahrzeuges bestimmt,
wobei +F für Vorwärtsfahrt und –F für
Rückwärtsfahrt steht. Im folgenden Verfahrensschritt
V2 werden mehrere Abtastpunkte P1 bis P4 der Beschleunigungssensoren
eines Rades bestimmt, die im darauffolgenden Verfahrensschritt V3 in
einem Regel- bzw. Steuergerät ausgewertet werden. Bei Bedarf
kann durch Messung weiterer Messpunkte die Frequenz jedes Sensorverlaufs
bestimmt werden, aus dem auch auf die Raddrehgeschwindigkeit geschlossen
werden kann. Durch diese Messung ist ein erneuter Offsetabgleich
und die Optimierung der Abtastzeiten möglich, wobei der
Offset die Mittellage kennzeichnet, um die der Sensorverlauf sinusförmig
schwingt. Dieser Offset kann rechnerisch auf Null reduziert werden,
um die sinusförmigen Sensorsignalverläufe verschiedener
Sensoren miteinander vergleichen zu können.
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In
den folgenden Verfahrensschritten V4, V6, V8 und V10 werden verschiedene
Bedingungen jeweils kumulativ überprüft, die den
Abschnitten A, B, C bzw. D aus den oben beschriebenen 2 und 3 entsprechen.
Sofern diese Bedingungen erfüllt sind, kann definitiv auf
die Position eines Rades entweder im linken oder im rechten Fahrzeugseitenbereich
geschlossen werden. Dies erfolgt im Steuergerät durch Normierung
der Phasenlage auf +1 bzw. –1 unter Berücksichtigung
der Fahrtrichtungsinformation. Beispielsweise entspricht eine Phasenlage
von –1 bei Vorwärtsfahrt einer Position des Rades
im linken Fahrzeugbereich und eine Phasenlage von –1 bei
Vorwärtsfahrt einer Position des Rades im rechten Fahrzeugbereich.
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Gemäß Verfahrensschritt
V4, der dem Abschnitt A entspricht, wird überprüft,
ob P1 größer als P2, P3 größer
als P4, P1 kleiner als P3 und P2 kleiner als P4 ist. Sofern all
diese Bedingungen kumulativ erfüllt sind, wird der ja-Verzweigung
entsprechend zum Verfahrensschritt V5 fortgefahren und die normierte Phasenlage auf
+1 gesetzt. Danach kann zum Verfahrensschritt V1 zurückgekehrt
werden und bei Bedarf das gesamte Verfahren von vorne beginnen.
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Sofern
zumindest eine der Bedingungen aus dem Verfahrensschritt V4 nicht
erfüllt ist, wird der nein-Verzweigung entsprechend zum
nächsten Verfahrensschritt V6 fortgefahren, in welchem
die Bedingungen für den Abschnitt B überprüft
werden. Gemäß Abschnitt B muss P1 kleiner als
P2, P3 kleiner als P4, P1 größer als P3 und P2
größer als P4 sein. Sofern all diese Bedingungen
zutreffen, wird der ja-Verzweigung entsprechend zum Verfahrensschritt V7
fortgefahren, wo analog zum Verfahrensschritt V5 die normierte Phasenlage
auf +1 gesetzt wird. Danach kann das Verfahren abgebrochen oder
wieder zum Beginn des Verfahrens zurückgekehrt werden.
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Falls
eine der Bedingungen aus Verfahrensschritt V6 nicht erfüllt
ist, wird der nein-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt V8
fortgefahren und es werden die Bedingungen aus dem Abschnitt C überprüft.
Gemäß diesen Bedingungen muss P1 größer
als P2, P3 größer als P4, P1 größer
als P3 und P2 größer als P4 sein. Ist dies alles
erfüllt, wird der ja-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt
V9 fortgefahren und die normierte Phasenlage auf –1 gesetzt.
Andernfalls wird der nein-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt
V10 fortgefahren, in welchem die Bedingungen für den Abschnitt
D überprüft werden. Bei diesen Bedingungen muss
P1 kleiner als P2, P3 kleiner als P4, P1 kleiner als P3 und P2 kleiner
als P4 sein. Sind diese Bedingungen erfüllt, wird der ja-Verzweigung
folgend zum Verfahrensschritt V11 fortgefahren und die normierte
Phasenlage ebenfalls auf –1 gesetzt. Andernfalls wird der
nein-Verzweigung folgend fortgefahren und das Verfahren entweder
abgebrochen oder wieder zum Beginn des gesamten Verfahrensablaufs
zurückgekehrt.
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005022287
A1 [0002]