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Die
Erfindung betrifft Steuerungsvorrichtung einer Versteileinrichtung
eines Kraftfahrzeugs.
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Aus
der
DE 197 45 597 A1 ist
ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Verstellbewegung eines
translatorisch verstellbaren Bauteils, insbesondere eines Fensterhebers
in Kraftfahrzeugen bekannt. Bei diesem Verfahren zur Steuerung und
Regelung der Verstellbewegung des translatorisch verstellbaren Bauteils,
mit einer Steileinrichtung, einer Antriebseinrichtung und einer
Steuer- und Regelelektronik wird ein wirksamer Einklemmschutz unter
Berücksichtigung
einer auch in Schwergängigkeitsbereichen
ausreichend großen
Verstellkraft und der auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden, durch äußere Einflüsse bedingten
Kräften
gewährleistet.
Dazu übt die
Antriebseinrichtung eine Verstellkraft aus, die gleich der Summe
der zum Verstellen des Bauteils notwendigen Kraft und einer Überschusskraft
ist, wobei die Summe kleiner oder gleich einer zulässigen Einklemmkraft
ist. Die Verstellkraft oder die Überschusskraft
wird zusätzlich
in Abhängigkeit
von auf die Fahrzeugkarosserie oder Teilen davon einwirkenden Kräften geregelt.
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Die
Lösung
gewährleistet
einen über
den gesamten Versteilbereich wirkenden Einklemmschutz, der entsprechende
Sicherheitsanforderungen erfüllt. Darüber hinaus
wird sichergestellt, dass die Verstellkraft auch in den Schwergängigkeitsbereichen
ausreichend groß ist
und dass eine Stelleinrichtung ein translatorisch verstellbares
Bauteil unter Berücksichtigung
der auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden äußeren Einflüsse nach Maßgabe der Bedienungsperson
materialschonend verstellt. Als äußere Einflüsse werden
hier die auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden Kräfte oder
Beschleunigungskräfte
verstanden, die nicht unmittelbar durch die Stelleinrichtung oder
durch eine Antriebseinrichtung verursacht werden, sondern beispielsweise
wegen des schlechten Zustands der Fahrstrecke (Durchfahren eines Schlaglochs)
oder beim Schließen
einer Fahrzeugtür auftreten.
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Die
Regelung der Verstellkraft oder der Überschusskraft erfolgt vorzugsweise
in Abhängigkeit
von der Bewegungsrichtung des translatorisch verstellbaren Bauteils
und von der überwiegenden
Wirkungsrichtung auftretender Beschleunigungskräfte derart, dass die Verstellkraft
stets kleiner oder gleich der zulässigen Einklemmkraft ist. Wirkt
beispielsweise auf die Fahrzeugkarosserie eine Beschleunigungskraft, die
die Schließbewegung
eines translatorisch verstellbaren Bauteils unterstützt, so
wird vorzugsweise der Schwellenwert herabgesetzt. Im Falle des Auftretens
einer der Schließbewegung
entgegen gerichteten Beschleunigungskraft wird der Schwellenwert
heraufgesetzt. Auf diese Weise ist die Verstellkraft immer ausreichend
groß,
so dass die Schließbewegung sicher
fortgesetzt und ein Einklemmschutz gewährleistet wird.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass beim Auftreten von innerhalb einer vorgegebenen
Zeitspanne wechselnden auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden Beschleunigungskräften eine
Regelung der Verstellkraft oder der Überschusskraft unterbrochen
wird und ein Schwellenwert derart vorgegeben wird, dass die Verstellkraft
stets kleiner oder gleich der zulässigen Einklemmkraft ist. Die
Zeitspanne beträgt
dabei beispielsweise 100 ms. Diese Ausführungsform berücksichtigt,
dass bei ständig
wechselnden, auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden Beschleunigungskräften der
Schwellenwert nicht innerhalb einer kurzen Zeitspanne ständig geändert wird,
was zu einer Beeinträchtigung
der Bewegung des translatorisch verstellbaren Bauteils führen könnte. Durch
die Vorgabe eines festen Schwellenwertes, der stets kleiner oder
gleich der zulässigen Einklemmkraft
ist, wird sowohl eine sichere Bewegung des translatorisch verstellbaren
Bauteils als auch ein Einklemmschutz gewährleistet.
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Die
auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden Beschleunigungskräfte werden
vorzugsweise durch einen Sensor erfasst, zum Beispiel durch einen digitale
Signale liefernden Sensor. Digitale Signale lassen sich in einer
Steuer- und Regelelektronik einfach weiterverarbeiten. Zur Einstellung
der Regelung können
dabei einzelne oder mehrere, zeitlich hintereinander liegende Signale
des Sensors von der Steuer- und Regelelektronik ausgewertet werden.
Die wiederholte Bewertung der Signale des Sensors ermöglicht es,
ein gleichzeitiges Auftreten der durch äußere Einflüsse verursachten Beschleunigungskräfte und
der durch einen Einklemmfall bedingten Kräfte sicher zu identifizieren.
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Aus
der
DE 195 17 958 ist
eine Motorantriebseinrichtung für
ein Kraftfahrzeug bekannt. Bei der Motorantriebsvorrichtung für einen
elektrischen Fensterheber wird die Drehung des Motors sofort angehalten,
wenn sich der Bewegung des Fensters bei gedrehtem Motor ein Hindernis
entgegenstellt. Die Motorantriebsvorrichtung dient zum Öffnen und
zum Schließen
des beweglichen Teils (Fensters) und kann selektiv betrieben und
angehalten werden.
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Eine
elektrische Strommesseinrichtung misst die Stärke des durch den Motor in
einer Startkompensationszeit fließenden Stroms, eine Stromstärkenänderungs-Detektoreinrichtung
stellt aus dem ermittelten Strom bei jeder konstanten Zeitspanne ein
Stromstärkeninkrement
fest, und eine Motorsteuereinrichtung liefert ein erstes oder ein
zweites Steuersignal an die Motorantriebseinrichtung, wobei mit dem
ersten Signal abhängig
von der Polarität
des Stromstärkeninkrements
der Motorbetrieb fortgesetzt und mit dem zweiten Signal der Motor
sofort angehalten wird.
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Zwei
Wählschalter
kennzeichnen die Drehrichtung des Motors, ein Paar Tastenschalter
für die jeweiligen
Motorrichtungen und zwei Selbsthalteschaltungen für die beiden
Drehrichtungen des Motors ermöglichen
ein Drehen des Motors bei Betätigung
eines der Tastenschalter.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerungsvorrichtung einer
Versteileinrichtung eines Kraftfahrzeugs möglichst zu verbessern. Diese Aufgabe
wird durch das Verfahren zum Betrieb einer Versteileinrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 18 und durch die Steuerungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zur Weiterbildung
der Erfindung werden zudem die Merkmale der Unteransprüche besonders
vorteilhaft untereinander als auch mit Merkmalen des angegebenen
Standes der Technik kombiniert.
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Demzufolge
ist eine Steuerungsvorrichtung einer Versteileinrichtung eines Kraftfahrzeugs
vorsehen, die einen Mikrocontroller aufweist. Dieser Mikrocontroller
weist wiederum einen Kern eines digitalen Signalprozessors (DSP)
auf. Derartige digitale Signalprozessoren ermöglichen vorzugsweise eine parallele
Verarbeitung mehrerer Aufgaben. Sie sind durch Pipelining und parallele
Abarbeitung mehrerer Tasks charakterisiert. Beispielsweise sind
in einer Havard-Architektur Signalpfade für den Programm- und Datenbus
getrennt geführt.
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Der
Mikrocontroller ist zudem derart ausgebildet und eingerichtet um
ein von der Bewegung eines Verstellantriebes der Versteileinrichtung
abhängiges
oder in diesem Sinne korrelierendes Signal vom Zeitbereich in den
Frequenzbereich zu transformieren. Die Frequenzanteile des abhängigen Signals im
Zeitbereich können
demzufolge im Frequenzbereich auswertet werden. Für eine derartige
Transformation werden Hardwarebestandteile des Mikrocontrollers
genutzt, die für
eine schnelle Transformation ausgebildet sind.
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Das
transformierte Signal wird durch den Mikrocontroller im Frequenzbereich
ausgewertet und der Verstellantrieb in Abhängigkeit von dieser Auswertung
des in den Frequenzbereich transformierten Signals gesteuert. Hierzu
ist der Mikrocontroller entsprechend konfiguriert, indem dieser
beispielsweise die Funktion aufweist Frequenzabweichung zu ermitteln.
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Ziel
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es anhand der
Auswertung im Frequenzbereich den Antrieb derart zu steuern, dass
dieser in bestimmten von der Steuerungsvorrichtung ermittelten Situationen
der Versteileinrichtung in seiner Antriebsbewegung gestoppt wird.
Ein Stoppen des Antriebs kann mehreren unterschiedlichen Funktionen, wie
dem sanften Stop an einem Anschlag der Versteileinrichtung oder
dem Schutz eines Kraftfahrzeugbenutzers vor Verletzungen dienen.
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Eine
weiterbildende Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu ergänzend vor,
dass zur Steuerung die Richtung der Antriebsbewegung umgekehrt wird. In
diesem Fall wird ein eingeklemmtes Körperteil oder ein eingeklemmter
Gegenstand wieder freigegeben.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird zur Auswertung
eine Abweichung des Signals im Frequenzbereich von einer Nennfrequenz oder
einem Nennfrequenzband bestimmt. Wird eine signifikante Abweichung
ermittelt, indem beispielsweise ein Schwellwert im Frequenzbereich überschritten
wird, reagiert die Steuerungsvorrichtung entsprechend der zugeordneten,
in einem Speicher hinterlegten Vorschrift. Dies ist beispielsweise
das zuvor angeführte
Stoppen der Verstellbewegung. Eine Nennfrequenz ist dabei vorzugsweise
eine Frequenz, die zu einer üblichen,
erwarteten Verstellgeschwindigkeit zugeordnet ist. Ein Nennfrequenzband ist
dagegen vorzugsweise eine Frequenzband innerhalb dessen eine Frequenz
und zu erwartende Abweichungen von dieser Frequenz liegen, die einer
erwarteten Verstellgeschwindigkeit und deren Abweichung zugeordnet
sind.
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Eine
Erfindungsvariante sieht vor, dass die Nennfrequenz oder das Nennfrequenzband
vorgegeben wird. Die Vorgabe kann dabei fester Bestandteil der Steuerungsvorrichtung
sein, oder durch eine Programmierung innerhalb der Fertigung eingelesen werden.
Auch können
die Werte der Nennfrequenz oder des Nennfrequenzbandes durch eine
andere Vorrichtung des Kraftfahrzeugs zur Vorgabe festgelegt werden
und über
eine Schnittstelle, z.B. einem Kommunikationsbus übertragen
werden.
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Eine
weitere, bevorzugte Erfindungsvariante ermöglicht alternativ oder zusätzlich eine
Anpassung der Nennfrequenz oder des Nennfrequenzbandes. Die Anpassung
berücksichtigt
dabei von außen
wirkende und/oder systemimmanente Betriebsbedingungen der Versteileinrichtung.
Eine äußere Betriebsbedingung
ist beispielsweise eine auf die Versteileinrichtung wirkende Kraft,
insbesondere eine Beschleunigungskraft oder die Anliegende Batteriespannung,
während
eine systemimmanente Bedingung beispielsweise die sich über die
Temperaturänderung
oder über
die Nutzungsdauer ändernde Schwergängigkeit
der Verstellung der Versteileinrichtung ist.
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In
einer Weiterbildung dieser Erfindungsvariante werden zur Anpassung
ein oder mehrerer Ausgangswerte der Nennfrequenz oder des Nennfrequenzbandes
vorgegeben. Diese Ausgangswerte werden nachfolgend im Betrieb der
Versteileinrichtung wiederum überschrieben.
Hierzu in Kombination oder alternativ werden insbesondere verstellortsabhängigen Werte
der Nennfrequenz oder des Nennfrequenzbandes gelernt, indem vorzugsweise
Abbremsungen und Beschleunigungen innerhalb des Verstellweges ermittelt
werden und das Nennfrequenzband in Abhängigkeit von diesen örtlichen, innerhalb des
Verstellweges auftretenden Abbremsungen und Beschleunigungen angepasst
wird, so dass vorzugsweise für
den Verstellbereich einer Abbremsung das Nennfrequenzband zu niedrigeren
und für
den Verstellbereich einer Beschleunigung das Nennfrequenzband zu
einer höheren
Frequenz verschoben wird.
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Zudem
ist vorzugsweise vorgesehen, dass hierzu alternativ oder in Kombination
Eingangswerte zur neuronalen Auswertung der Nennfrequenz oder des
Nennfrequenzbandes gewichtet werden. Dabei erfolgt vorzugsweise
eine Auswertung der Periodendauer, des Motorstroms und/oder der
Motorspannung. Damit das neuronale Netz in der Lage ist, zu lernen,
werden die Eingänge
einer Eingangsschicht, einer verborgenen Schicht und einer Ausgangsschicht
sowie die Verbindungen der Eingangsschicht mit der mindestens einen
verborgenen Schicht, die Verbindungen der mehreren verborgenen Schichten untereinander
und die Verbindung einer verborgenen Schicht mit der Ausgangsschicht
verschieden stark gewichtet, wodurch die Verbindungen zwischen den einzelnen
Schichten unterschiedliche Stärke
haben.
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Weiterhin
besitzen die verborgenen Neuronen der mindestens einen verborgenen
Schicht und das mindestens eine Neuron der Ausgangsschicht einen
konstanten Schwellwert oder Bias, der den Ausgang der Transferfunktionen
der Neuronen in einen stetigen Bereich verschiebt. Dabei sind der
Bias und die Gewichte Konstanten, die in der Anwendung bzw. einem
Serieneinsatz nicht mehr verändert,
beziehungsweise nachgelernt werden. Sie werden einmal vor dem Serieneinsatz
ermittelt und beispielsweise in einem EEPROM abgelegt. Der Algorithmus kann
dann, falls sich Schwachpunkte im Algorithmus aufzeigen, durch eine
neue Parametereinstellung, d.h. durch Nachlernen verbessert werden.
In der Anwendung jedoch bleiben sowohl die Gewichte als auch der
Bias bestehen.
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In
einer Lernphase werden an die Eingangsneuronen, verborgenen Neuronen
und/oder Ausgangsneuronen des neuronalen Netzes zufällige Gewichte
vergeben, verschiedene an die Eingangsneuronen angelegte Eingangsmuster
vorgegeben und der dazugehörige
mindestens eine Ausgangswert berechnet wird und in Abhängigkeit
vom Unterschied zwischen dem mindestens einen Ausgangswert und mindestens
einem Soll-Ausgangswert
die Gewichte und/oder der Schwellenwert verändert. Dabei hängt das
Maß der Änderung
der Gewichte von der Größe des Unterschieds
zwischen dem mindestens einen Ausgangswert und dem mindestens einen
Soll-Ausgangswert ab.
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Alternativ
oder in Kombination zur Auswertung des Transformierten Signals mittels
eines neuronalen Netzwerkes werden in einer weiterbildenden Ausgestaltung
der Erfindung zur Auswertung aus der Frequenzverschiebung bekannte
mechanische Eigenschaften der Verstelleinrichtung mittels eines
Algorithmus im Frequenzbereich herausgerechnet. Hierzu werden vorzugsweise
Werte für
die Nennfrequenz beziehungsweise für das Nennfrequenzband in Abhängigkeit
vom Ort innerhalb des Verstellweges ermittelt und gespeichert werden.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Auswertung
das Signal mit Werten, die mindestens einer Eigenschaft der Verstelleinrichtung
zugeordnet sind, gefaltet wird. Dies ermöglich bekannte Reaktionen und
Verhalten der Verstelleinrichtung, insbesondere deren Verstellmechanik, zu
Erkennen und/oder aus dem Signal innerhalb Frequenzbereiches herauszurechnen.
Ebenso wird das Nutz-/Störsignalverhältnis verbessert.
Vorteilhafterweise wird der Signalverlauf des transformierten Signals
für signifikante
Positionen im Verstellweg, beispielsweise die mechanischen Anschläge oder
durch Dichtungen bedingte Schwergängigkeiten, gespeichert. Auch
andere bekannte Position werden vorteilhafterweise zur Normierung
genutzt, indem der für diese
Positionen charakteristische Verlauf des Signals im Frequenzbereich
mit dem aktuellen transformierten Signal zur Faltung im Frequenzbereich
multipliziert wird. Ähnelt
das aktuelle und das dem charakteristischen Verlauf entsprechende
Signal im Frequenzbereich für
dies zu einem signifikanten Ausgangswert der Faltung, der mit einem
Faltungsschwellwert zur Auswertung verglichen werden kann.
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Das
Auswertungsergebnis kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser
Weiterbildung der Erfindung für
unterschiedliche Aktionen genutzt werden. Beispielsweise wird der
ermittelte Positionswert an diesem ermittelten Ort normiert und
der bisherige Positionswert im Register des Mikrocontrollers überschrieben.
Eine bevorzugte Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung
sieht jedoch vor, dass der Antrieb in Abhängigkeit von dem Faltungsergebnis
gestoppt wird.
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Zudem
werden in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
die durch Faltung ermittelten Positionen dazu genutzt, bestimmte
Positionen innerhalb des Verstellweges anzufahren. Für diese
Steuerung sind den Positionen charakteristische Verläufe zur
Faltung zugeordnet. Dabei wird zur Steuerung in eine durch diese
Auswertung der Faltung ermittelte Verstellposition verfahren und
bei Erkennen der erreichten Position die Verstellbewegung gestoppt.
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Die
Transformation in den Frequenzbereich erfolgt bevorzugt mittels
einer diskreten Schnellen-Fourier-Transformation (FFT). Für eine hinreichende
Auflösung
im Frequenzbereich wird dabei das Fenster für die Fensterung der Transformation an
die, insbesondere verstellwegabhängige
Genauigkeit der Auswertung im Frequenzbereich angepasst.
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Neben
zusätzlichen
Bewegungssensoren, wie beispielsweise Hallsensoren korreliert in
einer vorteilhaften Erfindungsvariante das Signal im Zeitbereich
zu Signal eines Antriebsstrom des Verstellantriebes im Zeitbereich,
insbesondere zu dessen Welligkeit (ripple count).
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das
durch die Figuren zeichnerisch dargstellt wird.
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Dabei
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines Messschaltkreises und ein schematisches
Diagramm für
diskrete Messwerte im Zeitbereich,
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2 ein
schematisches Diagramm von mittels einer Fourier-Transformation
transformierten Signalwerte, und
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3 ein
schematisches Diagramm mit einer Auswertefunktion.
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Im
linken Teil der 1 ist eine Messschaltkreis schematisch
dargestellt. Dieser weist einen Motor 1 einen Messwiderstand
(shunt) 2 und einen Messverstärker 3 auf. Das Ausgangssignal
des Messverstärkers 3 wird
mittels einer Sample-and-Hold-Schaltung und einen Analog-Digital-Umsetzer
in ein zeitdiskretes Signal umgesetzt. Dieses zeitdiskrete Signal
ist in dem rechten Teil der 1 schematisch
dargestellt. Die Amplitudenwerte A, sind dabei gegenüber der
Zeit t in Sekunden s aufgetragen.
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Nachfolgend
erfolgt in 2 die gefensterte-schnelle-Fourier-Transformation,
die transformierte Signalwerte A, im Frequenzbereich erzeugt. Diese sind
gegenüber
der Frequenz f in Hertz Hz aufgetragen.
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3 zeigt
eine möglich
Auswertefunktion in Form einer Hüllkurve 4,
die für
den Normalbetrieb der Versteileinrichtung nicht von den Werten im
Frequenzbereich überschritten
wird. Im darstellten Fall weicht ein Wert R derart ab, dass dieser
außerhalb der
Hüllkurve 4 liegt.
Mittels eines Vergleiches des Wertes R mit der Hüllkurve 4 kann die
(nicht dargestellte) Steuerungsvorrichtung reagieren und beispielsweise
die Verstellrichtung umkehren.
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- 1
- Motor
- 2
- Messwiderstand
(shunt)
- 3
- Messverstärker
- 4
- Hüllkurve
- FFT
- schnelle-Fourier-Transformation
- At
- Amplitudenwerte
im Zeitbereich
- t
- Zeit
- Af
- Amplitudenwerte
im Frequenzbereich
- f
- Frequenz
- s
- Sekunden
- Hz
- Hertz
- R
- Frequenzamplitudenwert
außerhalb
der Hüllkurve