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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Prellbewegung eines Pedals sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung. Die Erfindung kann bevorzugt im Automotive-Bereich, wie etwa in Kraftfahrzeugen, Verwendung finden, wie beispielsweise bei Gaspedalen bzw. Fahrpedalen sowie bei Bremspedalen.
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Stand der Technik
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Ein rasches Lösen, insbesondere ein ruckartiges Lösen eines Pedals kann oftmals zu einem Nachprellen bzw. Nachschwingen des Pedals führen. Das Nachprellen des Pedals kann beispielsweise durch eine Rückstellfeder und gegebenenfalls durch eine Dämpfung hervorgerufen werden, welche dazu dienen, beim Lösen des Pedals, d.h. wenn der Benutzer von der Betätigung des Pedals ablässt, das Pedal in dessen Ruhestellung zu bringen und dort zu halten. Für die Dämpfung können beispielsweise weitere Federn und/oder Elemente aus elastischem Material vorgesehen sein, wie etwa Elemente aus Gummi oder ähnlichem. Gelangt bei einem schnellen und/oder ruckartigen Lösen des Pedals das Pedal mit großer Geschwindigkeit in seine Endstellung bzw. Ruhestellung, kann es teilweise zu einem Abprallen des Pedals an Bewegungsbegrenzungselementen kommen, so dass das Pedal sich zumindest geringfügig wieder aus der Ruhestellung entfernt und auf diese Weise aus der Ruhestellung federt. Dieses Phänomen wird als Prellen bzw. Nachprellen des Pedals bezeichnet.
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Insbesondere kann eine Prellbewegung durch die Verwendung von geringwertigen Komponenten bzw. Hardwarekomponenten für die Pedale und/oder deren Aufhängung begünstigt werden, so dass besonders bei kostengünstigen Pedaleinheiten, welche unter Umständen auf kostengünstige Komponenten zurückgreifen, Prellbewegungen auftreten.
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Eine Prellbewegung bzw. ein Nachschwingen des Pedals kann dabei als eine Eingabe des Benutzers interpretiert werden und zu einer entsprechenden ungewollten Signalausgabe führen. Im Falle eines Pedals in einem Kraftfahrzeug, kann dies beispielsweise beim Fahrpedal als Fahrwunsch interpretiert werden, so dass es zu einer ungewollten Momentenanforderung kommen kann, oder im Falle des Bremspedals zu einer ungewollten Bereitstellung von Bremsmoment. In derartigen Fällen kann die Prellbewegung des Pedals somit zu einem unerwünschten „Ruckeln“ des Kraftfahrzeugs führen.
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Ein Nachprellen des Pedals kann zum Beispiel dadurch reduziert und/oder vermieden werden, dass höherwertige Komponenten bzw. Hardwarekomponenten verwendet werden, welche derart ausgestaltet sind, dass Prellbewegungen bereits mit mechanischen Mitteln reduziert und/oder ganz vermieden werden. Auch kann mittels einer Verwendung von Filtern das durch das Pedal bereitgestellte Signal gefiltert werden, so dass für eine Prellbewegung typische Schwingungen aus dem vom Pedal bereitgestellten Signal herausgefiltert werden. Derartige Lösungen können nicht in allen Fällen verwendet werden, da die Verwendung von Filtern zu einer Verzögerung der Signalbereitstellung auch in solchen Fällen führen kann, in denen der Benutzer bzw. Fahrer bewusst das Pedal betätigt. Eine Verwendung von höherwertigen Komponenten kann in manchen Fällen aus Kostengründen nicht in Frage kommen.
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Aus der
EP 1 418 105 B1 sind eine Vorrichtung und eine Verfahren zur Simulation eines Pedalverhaltens bekannt.
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Aus der
DE 43 39 693 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird vorgeschlagen, ein Prellen eines Schalters eines beweglichen Elements zu vermeiden, indem beim Öffnen des Schalters ausgehend von der dann vorliegenden Stellung des Elements ein Grenzwert vorzugeben wird, bei dessen Überschreiten angenommen wird, dass sich der Schaltzustand des Schalters geändert hat.
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Aus der
DE 10 2015 219 303 A1 ist u.A. ein Verfahren zur Bestimmung einer elektromagnetischen Soll-Bremskraft für einen elektromagnetischen Bremskraftverstärker ausgehend von einer Position und einer Geschwindigkeitsgröße eines Bremspedals bekannt.
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Aus der
DE 10 2008 044 214 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen eines Bremssystems in einem Fahrzeug bekannt. Hierbei wird in definierten Fahrsituationen selbsttätig Bremskraft erzeugt, wobei die Erzeugung abgebrochen wird, wenn eine Fahrrerreaktion einen Schwellwert erreicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Erkennung einer Prellbewegung eines Pedals sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Gemäß der Erfindung erfolgt ein Erkennen einer Rückstellung des Pedals in eine Ruhestellung und ein Ermitteln eines Auftretens der Prellbewegung des Pedals im Anschluss an die Rückstellung des Pedals auf Basis einer zweiten zeitlichen Ableitung der Pedalstellung während der Rückstellung des Pedals. Als Prellbewegung des Pedals wird dabei insbesondere eine Schwingung der Pedalstellung um die Ruhestellung und/oder ein Zurückfedern des Pedals aus der Ruhestellung verstanden.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, dass anhand der zweiten zeitlichen Ableitung der Pedalstellung die Beschleunigung des Pedals berechnet werden kann. Auf diese Weise kann besonders genau ermittelt bzw. eine besonders genaue Vorhersage getroffen werden, ob aufgrund der aktuellen Pedalbewegung eine Prellbewegung um die bzw. aus der einzunehmenden Ruhestellung auftritt oder nicht bzw. wie groß eine zu erwartende Amplitude der Prellbewegung ist. Dies hat ferner den Vorteil, dass Bewegungen des Pedals beim Lösen des Pedals, welche zu unterschiedlich ausgeprägten Prellbewegungen führen aber anhand ihrer aktuellen Geschwindigkeit bzw. ersten zeitlichen Ableitung der Pedalstellung nicht oder nur sehr schwer voneinander unterschieden werden können, anhand der zweiten zeitlichen Ableitung bzw. der Beschleunigung des Pedals mit größerer Genauigkeit voneinander unterschieden werden können. Beispielsweise können derartige Bewegungen sehr ähnliche und/oder gar nahezu identische Gradienten bzw. erste zeitliche Ableitungen der Pedalbewegung aufweisen, sich jedoch in ihrer zweiten zeitlichen Ableitung stärker, insbesondere auf eindeutige Weise, voneinander unterscheiden. Wird eine Prellbewegung erkannt, kann insbesondere eine Behandlung als Benutzerwunsch verhindert werden.
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Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Signale auf eine Betätigung des Pedals durch den Benutzer bzw. Fahrer hin ohne zeitliche Verzögerung erfolgen, und dadurch eine unverzügliche Reaktion auf die Eingabe des Fahrers bzw. Benutzers hin erfolgen kann. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, da gemäß der Erfindung kein Filtern der ermittelten Pedalstellung bzw. des zeitlichen Verlaufs erforderlich ist und somit zum einen kein Zeitverlust für das Filtern auftritt und andererseits der zeitliche gemessene Verlauf der Pedalstellung nicht durch eine Filterung verfälscht wird bzw. von dem tatsächlichen Zeitverlauf der Pedalstellung abweicht.
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Darüber hinaus bietet die Erfindung den Vorteil, dass auch bei Pedalen mit niederwertigen Komponenten ein „Ruckeln“ der Bewegung des Kraftfahrzeugs vermieden werden kann, da Prellbewegungen des Pedals auf zuverlässige Weise erkannt werden können.
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Bevorzugt erfolgt das Erkennen der Rückstellung des Pedals in die Ruhestellung anhand einer ersten und/oder zweiten zeitlichen Ableitung einer Pedalstellung. Dies hat den Vorteil, dass besonders präzise erkannt werden kann, ob das Pedal gelöst wurde und in die Ruhestellung zurückgestellt wird.
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Bevorzugt wird die Pedalstellung in regelmäßigen Zeitabständen erfasst. Beispielsweise kann eine Erfassung der Pedalstellung in Zeitabständen von einer Sekunde, bevorzugt von 500 ms, mehr bevorzugt von 250 ms, noch mehr bevorzugt von 100 ms, besonders bevorzugt von 50 ms, ganz besonders bevorzugt von 20 ms, am meisten bevorzugt von 10 ms, am allermeisten bevorzugt von 1 ms erfasst werden. Dies hat den Vorteil, dass die erste und/oder die zweite zeitliche Ableitung der Pedalstellung besonders genau ermittelt werden können. Bevorzugt wird durch Ermittlung der zweiten zeitlichen Ableitung der aktuellen Pedalstellung die Beschleunigung des Pedals berechnet. Bevorzugt kann auf Basis der berechneten Beschleunigung auch bei einer ähnlichen oder gar identischen aktuellen Amplitude der ersten Ableitung zu bestimmten Zeitpunkten zuverlässig unterschieden werden, ob eine Schwingung des Pedals bzw. eine Prellbewegung nach Erreichen der Ruhestellung des Pedals auftritt oder nicht bzw. wie groß eine Amplitude der Prellbewegung ist oder sein wird. Weiter bevorzugt erfolgt die Bestimmung bzw. Erfassung der Pedalstellung unter Verwendung eines Widerstandspotentiometers und/oder eines Hallsensors. Diese können beispielsweise einer präzisen Erfassung der Pedalstellung dienen und dennoch kostengünstig in ihrer Bereitstellung sein.
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Bevorzugt erfolgt in einem weiteren Schritt ein Ändern einer Signalausgabe in Abhängigkeit von der Pedalstellung während des Auftretens der Prellbewegung des Pedals. Mit anderen Worten kann ein auf der Pedalstellung basierendes Signal angepasst werden, wenn dieses von einer Prellbewegung des Pedals herrührt und/oder eine Ausgabe des Signals kann unterlassen werden, wenn das Signal von einer Prellbewegung des Pedals herrührt. Dies hat den Vorteil, dass ein durch die Prellbewegung des Pedals verursachtes Signal, welches beispielsweise zu einem Ruckeln der Bewegung des Kraftfahrzeugs führen würde, entsprechend abgeändert werden kann und/oder das Signal nicht berücksichtigt wird und auf diese Weise ein Ruckeln vermieden werden kann.
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Bevorzugt erfolgt alternativ oder zusätzlich ein Ändern der Prellbewegung des Pedals, wobei vorzugsweise das Ändern der Prellbewegung des Pedals mittels einer Krafteinwirkung auf das Pedal erfolgt. Beispielsweise kann eine adaptive Dämpfung vorgesehen werden, welche in geeigneter Weise angesteuert werden kann, um eine gemäß der Vorhersage erwartete Prellbewegung abzuschwächen oder gar ganz zu vermeiden.
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Bevorzugt erfolgt das Ändern der Signalausgabe bzw. das Ändern der Prellbewegung des Pedals längstens bis zu einem Ende der Prellbewegung des Pedals. Mit anderen Worten werden eine gegebenenfalls vorgenommene Änderung des Signals und/oder ein gegebenenfalls vorgenommenes Einwirken auf die Prellbewegung des Pedals nur solange ausgeführt, bis die Prellbewegung abgeklungen ist. Dies bietet den Vorteil, dass nach Abklingen der Prellbewegung bzw. wenn keine Gefahr einer Prellbewegung mehr droht, eine reguläre Betätigung des Pedals bzw. eine reguläre Signalausgabe auf eine Betätigung des Pedals hin erfolgen kann, ohne dass in die Signalausgabe und/oder die Bewegung des Pedals eingegriffen wird. Das Ende der Prellbewegung des Pedals ist vorzugsweise zum Beispiel dann erreicht, wenn sich das Pedal zumindest über eine vorbestimmte Mindestruhedauer in der Ruhestellung des Pedals befindet und/oder sich das Pedal zumindest über eine vorbestimmte Mindestbetätigungsdauer in einer von der Ruhestellung verschiedenen Pedalstellung befindet und/oder wenn die zweite zeitliche Ableitung der Pedalstellung kleiner als ein vorbestimmter Beschleunigungsschwellwert ist. Mit anderen Worten ist das Ende der Prellbewegung vorzugsweise dann erreicht, wenn das Pedal ohne eine Betätigung des Benutzers bzw. Fahrers in seiner Ruhestellung verbleibt, oder wenn eine erneute Betätigung des Pedals durch den Fahrer bzw. Benutzer das Pedal in eine andere Pedalstellung befördert. Die Mindestruhedauer und/oder die Mindestbetätigungsdauer können dabei gemäß den gewünschten Eigenschaften vorgegeben werden. Beispielsweise können geeignete Werte für die die Mindestruhedauer und/oder die Mindestbetätigungsdauer im Millisekundenbereich liegen.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einem beispielhaften Diagramm den zeitlichen Verlauf einer Pedalstellung bei einer Rückstellung und einer Prellbewegung.
- 2A und 2B zeigen in einer schematischen Darstellung ein Pedal in unterschiedlichen Pedalstellungen.
- 3A bis 3D zeigen beispielhafte Verläufe der aktuellen Pedalstellung zusammen mit der ersten und der zweiten zeitlichen Ableitung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt ein beispielhaftes Diagramm 10, in welchem eine Pedalstellung 12 auf der y-Achse gegen die Zeit 14 auf der x-Achse aufgetragen ist. Der Graph zeigt den zeitlichen Verlauf der aktuellen Pedalstellung 16. Zu einem Zeitpunkt 20 wird das Pedal gelöst, so dass sich die Pedalstellung 16 in einer Rückstellung hin zu einer Ruhestellung 18 ändert, wobei die Änderung der Pedalstellung beispielsweise durch ein Rückstellelement, wie etwa eine Feder oder ähnliches bewerkstelligt werden kann. Im Anschluss an das Erreichen der Ruhestellung 18 führt das Pedal im Zeitraum 22 eine Prellbewegung aus, welche zum Zeitpunkt 22a beginnt, wenn das Pedal zunächst die Ruhestellung 18 erreicht und sodann eine schwingungsähnliche Bewegung ausführt, bis diese zum Endzeitpunkt 22b der Prellbewegung abgeklungen ist.
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2A und 2B zeigen in einer schematischen Darstellung ein Pedal 24 in unterschiedlichen Pedalstellungen. In der Darstellung gemäß 2A befindet sich das Pedal 24 in der Ruhestellung 18, wobei das Pedal 24 mittels einer schwenkbaren Aufhängung 28 schwenkbar befestigt ist. Durch ein Rückstellelement 26 wird das Pedal 24 entlang einer Richtung der möglichen Pedalstellungen 12 in die Ruhestellung 18 befördert bzw. in der Ruhestellung 18 gehalten, sofern das Pedal nicht betätigt wird. In der Darstellung gemäß 2B ist das Pedal 24 aus 2A gezeigt, wobei das Pedal 24 durch eine Druckbeaufschlagung 30 betätigt wird, so dass das Pedal entgegen einer Wirkrichtung des Rückstellelements 26 aus der Ruhestellung 18 in eine davon abweichende Pedalstellung 16 gebracht wird. Beispielsweise bei einem Wegfall der Druckbeaufschlagung 30 wird das Pedal 24 durch das Rückstellelement 26 wieder in die Ruhestellung 18 befördert, wobei nach der Rückstellung im Anschluss an das Erreichen der Ruhestellung 18 eine Prellbewegung auftreten kann, wie sie der Pedalstellungsverlauf 16 gemäß 1 zeigt.
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3A bis 3D zeigen beispielhafte Verläufe der aktuellen Pedalstellung 16 jeweils zusammen mit dem Verlauf der ersten zeitlichen Ableitung 34, welcher der Geschwindigkeit des Pedals 24 entspricht, und der zweiten zeitlichen Ableitung 36, welche der Beschleunigung des Pedals 24 entspricht. In den 3A und 3B ist ein beispielhafter Fall dargestellt, bei welchem das gelöste Pedal 24 nach Erreichen der Ruhestellung 18 zum Zeitpunkt 22a im Zeitraum 22 eine Prellbewegung ausführt, 3C und 3D zeigen einen Fall, bei welchem das Pedal 24 keine Prellbewegung ausführt. In beiden Fällen kann ein Lösen des Pedals 24 bzw. eine Rückstellung des Pedals 24 anhand des zeitlichen Verlaufs der Pedalstellung 16 und/oder anhand der ersten zeitlichen Ableitung 34 zuverlässig erkannt werden.
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Eine zuverlässige Aussage darüber, ob ein Nachschwingen bzw. eine Prellbewegung des Pedals 24 nach Erreichen der Ruhestellung 18 auftritt oder auftreten wird, lässt sich jedoch weder anhand des zeitlichen Verlaufs der Pedalstellung 16 noch anhand der ersten zeitlichen Ableitung 34 noch anhand einer Kombination beider vor Erreichen der Ruhestellung 18 treffen.
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Bevorzugt wird das Prellen anhand der zweiten Ableitung 36 der Pedalstellung 16 nach dem Erreichen der Ruhestellung des Pedals 24 ermittelt. Sofern nach dem Erreichen der Ruhestellung 18 des Pedals die zweite zeitliche Ableitung einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, kann dies als ein Indiz für eine Ausführung einer Prellbewegung des Pedals 24 gewertet werden und auf diese Weise eine Prellbewegung erkannt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Prellbewegung dadurch erkannt werden, dass die zweite zeitliche Ableitung 36 nach Erreichen der Ruhestellung 18 durch das Pedal 24 einen bestimmten Vorzeichenwert annimmt, also positive oder negative Werte einnimmt und/oder einen Vorzeichenwechsel aufweist, welche auf eine Prellbewegung hindeuten.
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Wie insbesondere in 3B erkennbar ist, tritt im Verlauf der zweiten zeitlichen Ableitung 36 nach dem Erreichen der Ruhestellung des Pedals 24 (Zeitpunkt 22a) ein sehr großer Wert auf, der einen geeignet gewählten Schwellwert (z.B. 2.500) übersteigt, wobei zusätzlich im weiteren Verlauf der zweiten zeitlichen Ableitung 36 ein Vorzeichenwechsel auftritt. Diese beiden Kriterien können für sich allein genommen oder in Kombination anzeigen, dass das Pedal 24 eine Prellbewegung ausführt.
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Im Vergleich dazu ist in 3D im Verlauf der zweiten zeitlichen Ableitung 36 nach dem Erreichen der Ruhestellung des Pedals 24 (Zeitpunkt 22a) lediglich ein Wert erkennbar, der etwa einem Drittel des Werts aus 3B entspricht und den geeignet gewählten Schwellwert nicht übersteigt. Auch tritt im weiteren Verlauf der zweiten zeitlichen Ableitung 36 kein Vorzeichenwechsel auf. Somit ist nicht davon auszugehen, dass das Pedal 24 eine Prellbewegung ausführt.
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Wie insbesondere in 3B erkennbar ist, folgt der Verlauf der zweiten zeitlichen Ableitung 36 im Fall einer Prellbewegung in der Zeitspanne zwischen dem Lösen des Pedals 24, bevor das Pedal 24 zum Zeitpunkt 22a die Ruhestellung 18 erreicht, im Wesentlichen dem Verlauf der ersten zeitlichen Ableitung 34. Dagegen weist der zeitliche Verlauf der zweiten zeitlichen Ableitung 36 im Fall der 3D, bei welchem keine Prellbewegung auftritt, eine deutliche Abweichung vom zeitlichen Verlauf der ersten zeitlichen 34 Ableitung auf. Insbesondere ist in 3D zu erkennen, dass sich der Verlauf der zweiten zeitlichen Ableitung 36 bereits vor Erreichen des Zeitpunkts 22a, an dem das Pedal 24 die Ruhestellung erreicht, in seiner Amplitude verkleinert. Dies ist im Gegensatz zu dem Fall in 3B, bei welchem eine Prellbewegung auftritt und die zweite zeitliche Ableitung 36 zum Zeitpunkt 22a, an dem das Pedal 24 die Ruhestellung 18 erreicht, einen negativen Maximalwert aufweist. Dies kann dabei als Hinweis darauf angesehen werden, dass nach Erreichen der Ruhestellung 18 das Pedal 24 zurückschwingen wird und eine Prellbewegung ausführen wird, wohingegen der Verlauf der zweiten zeitlichen Ableitung 36 in dem in 3D gezeigten Fall kein derartiges Zurückschwingen und somit keine Prellbewegung des Pedals erwarten lässt.
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Somit verdeutlichen die 3A bis 3D, dass unter Beachtung der zweiten zeitlichen Ableitung 36 der Pedalstellung 16 beurteilt werden kann, ob eine Prellbewegung des Pedals 24 erfolgt oder nicht. Eine derartige Beurteilung lässt sich ausschließlich anhand des zeitlichen Verlaufs der Pedalstellung 16 und anhand der ersten zeitlichen Ableitung 34 nicht vornehmen.
