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HINTERGRUND
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Diese Anwendung bezieht sich generell auf das Gebiet von Automobilsensoren und insbesondere auf die Kompensation der Ausgabe von Ultraschallsensoren.
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Ein Hinderniserkennungssystem für ein Fahrzeug verwendet generell Sensoren, wie beispielsweise Ultraschallsensoren, die an der Fahrzeugkarosserie montiert sind, um umgebende Hindernisse unter Verwendung von Ultraschallwellen zu erkennen. Konventionell übertragen die Ultraschallsensoren Schallwellen um das Fahrzeug herum und erfassen ein Hindernis durch vom Hindernis reflektierte Wellen. Zu diesem Zweck bestimmt der Sensor die Zeitverzögerung beim Empfangen der reflektierten Schallwelle, und unter Verwendung der bekannten Schallgeschwindigkeit, bestimmt er den Abstand zwischen dem Hindernis und dem Fahrzeug.
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Es sollte verstanden werden, dass in trockener Luft bei 20°C (68°F) die Schallgeschwindigkeit 343 Meter pro Sekunde beträgt. Die Wetterbedingungen beeinflussen jedoch das Verhalten der Schallwellen, und die Schallgeschwindigkeit variiert mit dem Druck, der Temperatur und der Feuchte. Ultraschallsensoren werden generell in einer Anzahl an Fahrzeugen verwendet, um Parkunterstützung, Kollisionserkennung, Autoparken oder irgendwelche anderen Arten von Hindernisvermeidungsfähigkeiten bereitzustellen. Daher ist eine geeignete Hinderniserkennung erforderlich, um eine Beschädigung des Fahrzeugs zu vermeiden.
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Gegenwärtig wird die Schallgeschwindigkeit bezüglich Lufttemperaturabweichungen mittels eines am Fahrzeug montierten Umgebungstemperatursensors kompensiert. Das kann jedoch kostspielig sein. Außerdem kompensiert keine vorhandene Lösung den Ultraschallsensor bezüglich Atmosphärendruckabweichungen.
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Es wäre sehr wünschenswert, ein kosteneffektives und effizientes System zu haben, das einen Ultraschallsensor bezüglich Schallgeschwindigkeitsabweichungen kompensiert, die sich aufgrund von atmosphärischen Abweichungen ergeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Anwendung beschreibt ein System, um Ultraschallsensoren zu kompensieren, die an einem Fahrzeug hinsichtlich Abweichungen in der Schallgeschwindigkeit montiert sind. Die vorliegende Offenlegung umfasst einen Ultraschallsensor, der operativ mit einer Antriebsstrangsteuereinheit gekoppelt ist, die atmosphärische Wirkungen bei der Schallgeschwindigkeit kompensiert. Die Antriebsstrangsteuereinheit umfasst einen Drucksensor, der den Atmosphärendruck überwacht, und einen Controller, der für das Berechnen einer kompensierten Schallgeschwindigkeit unter Verwendung des überwachten Atmosphärendrucks konfiguriert ist. Der Ultraschallsensor sendet eine Ultraschallwelle um das Fahrzeug herum und bestimmt die Zeitverzögerung beim Empfangen der reflektierten Ultraschallwelle von einem Gegenstand. Weiter empfängt der Ultraschallsensor die kompensierte Schallgeschwindigkeit, die der Ultraschallwelle entspricht, von der Antriebsstrangsteuereinheit. Anschließend wird ein Signal entsprechend dem relativen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Gegenstand unter Verwendung der kompensierten Schallgeschwindigkeit und der Zeitverzögerung generiert.
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Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Anwendung offenbart ein Verfahren, um einen Ultraschallsensor bezüglich Schallgeschwindigkeitsabweichungen zu kompensieren. Das Verfahren umfasst die Überwachung des Atmosphärendrucks unter Verwendung eines in einer Antriebsstrangsteuerung bereitgestellten Drucksensors. Ein Ultraschallsensor überträgt eine Ultraschallwelle und bestimmt die Zeitverzögerung beim Empfangen der reflektierten Ultraschallwelle von einem Gegenstand. Das Verfahren umfasst das Berechnen einer kompensierten Schallgeschwindigkeit basierend auf dem überwachten Atmosphärendruck, und das Generieren eines Signals entsprechend dem relativen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Gegenstand unter Verwendung der kompensierten Schallgeschwindigkeit und der Zeitverzögerung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die nachfolgend beschriebenen Figuren legen dar und veranschaulichen eine Anzahl an beispielhaften Ausführungsformen der Offenlegung. Überall in den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsnummern identische oder funktionell ähnliche Elemente. Die Zeichnungen sind in der Art veranschaulichend und nicht maßstäblich gezeichnet.
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1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Kompensationssystems, das Ultraschallsensoren bezüglich atmosphärischer Abweichungen kompensiert.
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2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens, um den Ultraschallsensorausgang (1) basierend auf Abweichungen bei der Schallgeschwindigkeit zu kompensieren.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende ausführliche Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die Figuren vorgenommen. Beispielhafte Ausführungsformen werden beschrieben, um den Gegenstand der Offenlegung zu veranschaulichen und nicht um seinen Umfang zu begrenzen, der durch die angefügten Ansprüche definiert wird.
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Überblick
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Im Allgemeinen beschreibt die vorliegende Offenlegung Verfahren und Systeme zur aktiven Kompensation von Ultraschallsensoren, die an einem Fahrzeug montiert sind, basierend auf Abweichungen in der Schallgeschwindigkeit aufgrund von atmosphärischen Bedingungen. Die vorliegende Offenlegung verwendet einen internen in einer Antriebsstrangeinheit eines Fahrzeugs bereits enthaltenen Drucksensor, um den Schallgeschwindigkeitswert gemäß den Atmosphärendruckabweichungen anzupassen. Der Drucksensor überwacht den Atmosphärendruck, um eine kompensierte Schallgeschwindigkeit zu berechnen. Anschließend verwendet der Ultraschallsensor diese kompensierte Schallgeschwindigkeit, um den relativen Abstand zwischen einem Gegenstand und dem Fahrzeug zu bestimmen. Die kompensierte Schallgeschwindigkeit resultiert in einer genauen Abstandseinschätzung, die frei von den Wirkungen von atmosphärischen Abweichungen ist. Die Verwendung des bereits in die Antriebsstrangsteuereinheit eingebauten Drucksensors stellt eine bequeme und kosteneffektive Lösung bereit, um Ultraschallsensoren bezüglich atmosphärischer Bedingungen zu kompensieren. Außerdem beschreibt die vorliegende Offenlegung einen aktiven Kompensationsprozess, der automatisch die Schallgeschwindigkeitsabweichung durch kontinuierliche Drucküberwachung anpasst, was keinen manuellen Eingriff erfordert.
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Beispielhafte Ausführungsformen
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1 veranschaulicht ein beispielhaftes Kompensationssystem 100, das einen Ultraschallsensor 102 bezüglich Abweichungen in der Schallgeschwindigkeit aufgrund von Klimabedingungen kompensiert. Das System 100 enthält Komponenten eines typischen Fahrzeugs einschließlich einer Antriebsstrangsteuereinheit 104, die einen Controller 106 aufweist, und des Ultraschallsensors 102 montiert am Fahrzeug, um Eingaben in ein Parkassistentmodul 108 bereitzustellen. Das in dieser Offenlegung beschriebene Kompensationssystem 100 ist bei verschiedenen Arten von Fahrzeugen, einschließlich kleiner oder großer Fahrzeuge, Lastwagen, Lieferwagen, SUVs und Sattelanhänger generell anwendbar, die einen Ultraschallsensor einsetzen können.
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Die vorliegende Offenlegung verwendet die bekannten Fähigkeiten der Antriebsstrangsteuereinheit 104, die innerhalb des Fahrzeugs für den Kompensationsprozess eingebettet ist. Der Begriff „Antriebsstrang” bezeichnet ein Krafterzeugungs- und Kraftlieferungssystem, das einen Motor und eine Übertragung umfasst und als ein Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Die Antriebsstrangsteuereinheit 104 führt Motor- und Getriebesteuerungsoperationen unter Verwendung einer Motorsteuerung 110 und einer Getriebesteuerung 112 aus. Die Motorsteuerung 110 erkennt Daten von verschiedenen Teilen des Motors und kann Kraftstoffzufuhr, Zündzeitpunkt, Einlassluftmenge und verschiedene andere bekannte Motoroperationen anpassen. Die Getriebesteuerung 112 erkennt die Motorlast und die Fahrgeschwindigkeit, um eine im Getriebe herzustellende Gangstellung festzulegen. Zum Zweck der Beschreibung zeigt 1 nur einige Komponenten der Antriebsstrangsteuereinheit 104; fachkundige Personen werden jedoch verstehen, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 104 operativ mit einer Anzahl an Sensoren, Schaltern oder anderen bekannten Geräten gekoppelt sein kann, um Fahrzeuginformationen zu sammeln und verschiedene Fahrbetriebe zu steuern. Ein Drucksensor 114 ist einer der Sensoren, die von der Antriebsstrangsteuereinheit 104 verwendet werden, um den Atmosphärendruck zu überwachen.
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Das Parkassistentmodul 108 stellt Fähigkeiten bereit, wie beispielsweise Autoparken, Längsparken, Hinderniserkennung und so weiter, was in einem bequemen oder vollständig automatischen Parkprozess resultiert. Beispielsweise kann sich unter Verwendung des Parkassistentmoduls 108 das Fahrzeug in einen Stellplatz mit wenig oder keiner Eingabe vom Fahrer lenken. Bei diesem Prozess erkennt und warnt das Modul 108 bezüglich Gegenständen, die ein Kollisionsrisiko darstellen. Das Erkennen und Warnen wird durch eine Anzahl an Sensoren, wie beispielsweise den Ultraschallsensor 102, ausgeführt, die kooperieren, um den Abstand zwischen dem Fahrzeug und den umgebenden Gegenständen zu bestimmen. Bei einer Implementierung kann das Parkassistentmodul 108 eine Benutzerschnittstelle enthalten, die bildhaft die umgebenden Gegenstände einschließlich ihres Abstandes vom Fahrzeug darstellen kann.
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Der Ultraschallsensor 102 erkennt Hindernisse auf beiden Seiten, der Vorderseite oder der Hinterseite des Fahrzeugs, und Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise das Lenkrad, die Bremsanlage, das Kollisionswarnungssystem, das Parkassistentmodul 108 und so weiter, können diese Information verwenden. Der Ultraschallsensor 102, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist mit dem Parkassistentmodul 108 gekoppelt, um eine Parkunterstützung bereitzustellen. Der Ultraschallsensor 102 kann an der vorderen oder der hinteren Stoßstange oder auf beiden Seiten des Fahrzeugs montiert sein, um umgebende Hindernisse zu erkennen.
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Der Ultraschallsensor 102 kann einen Sender (nicht gezeigt) enthalten, der angepasst ist, um Ultraschallwellen um das Fahrzeug herum zu übertragen, und einen Empfänger (nicht gezeigt), der angepasst ist, um die Wellen zu empfangen, die von irgendeinem Gegenstand in der Nähe des Fahrzeugs, wie beispielsweise Hindernis 116 reflektiert werden. Ein interner Prozessor (nicht gezeigt) bestimmt die Durchgangszeit, die zwischen der Übermittlung der Welle und dem Empfangen der gleichen Welle, die vom Hindernis 116 reflektiert wurde, vergangen ist. Anschließend generiert der interne Prozessor ein Ausgangssignal entsprechend dem relativen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis 116 unter Verwendung der Formel d = 2c/t, wobei c die Schallgeschwindigkeit und t die Durchgangszeit ist. Dieses Ausgangssignal kann dann beispielsweise dem Parkassistentmodul 108 bereitgestellt werden. Solche Gegenstandsüberwachungsfähigkeiten von Ultraschallsensoren sind fachkundigen Personen weithin bekannt und werden in der vorliegenden Offenlegung nicht im Detail beschrieben.
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Der Ultraschallsensor 106 kann jedoch aufgrund von Abweichungen in den Umgebungsbedingungen einen fehlerhaften relativen Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem Gegenstand, wie beispielsweise dem Hindernis 116, bereitstellen. Die inakkurate Abstandsmessung, die vom Ultraschallsensor 102 bereitgestellt wird, kann Fehler in das Parkassistentmodul 108 einführen und Schäden am Fahrzeug hervorrufen. Da die Schallgeschwindigkeit von Faktoren wie beispielsweise Temperatur, Atmosphärendruck und Feuchte abhängt, kann es erforderlich sein, einen Korrekturfaktor zu integrieren, der auf Lufttemperatur- oder Druckschwankungen basiert. Daher ist ein genaues und stabiles Messen der Schallgeschwindigkeit erforderlich.
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Das Kompensationssystem 100 verwendet den bereits verfügbaren Atmosphärendrucksensor 114 gekoppelt mit der Antriebsstrangsteuereinheit 104, um atmosphärische Bedingungen zu kompensieren. Zu diesem Zweck misst der Atmosphärendrucksensor 114, beispielsweise ein Barometer, kontinuierlich den Atmosphärendruck, und ein Kompensationsmodul 118 ist innerhalb des Controllers 106 integriert. Das Kompensationsmodul 118 ist programmiert, um die Druckbedingungen zu überwachen und sicherzustellen, dass jegliche Veränderung im Druck, welche die Schallgeschwindigkeit beeinflussen kann, in Betracht gezogen und eine entsprechende kompensierte Schallgeschwindigkeit berechnet wird. Das Kompensieren der Schallgeschwindigkeit bezüglich Atmosphärendruckabweichungen stellt das in Betracht ziehen von allen Wetterbedingungen sicher, die den Ausgang des Ultraschallsensors 102 beeinflussen können.
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Die kompensierte Schallgeschwindigkeit wird dann dem Ultraschallsensor 102 bereitgestellt, um den genauen relativen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis 116 zu berechnen, was das angemessene Arbeiten des Parkassistentmoduls 108 sicherstellt. Der Kompensationsprozess wird im Detail im folgenden Abschnitt im Zusammenhang mit 2 beschrieben.
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Die Antriebsstrangsteuereinheit 104 berechnet die kompensierte Schallgeschwindigkeit, um sicherzustellen, dass der Ausgang des Ultraschallsensors 102 frei von atmosphärischen Abweichungen ist. Da der Drucksensor 114 kontinuierlich den Atmosphärendruck überwacht, passt das Kompensationssystem 100 automatisch die Schallgeschwindigkeit ohne manuellen Eingriff an.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein durch das Fahrzeug verwendeter Umgebungstemperatursensor auch mit dem Controller 106 gekoppelt sein, um eine Abweichung der Schallgeschwindigkeit basierend auf der Temperatur zu berechnen. Fachkundige Personen werden verstehen, dass entweder eine Druck- oder Temperaturkompensation das geeignete Arbeiten des Ultraschallsensors 102 sicherstellt. Die Kombination des Druck- und Temperaturfühlers kann in Situationen verwendet werden, wo der Drucksensor 114 versagt, und der Temperatursensor unterstützt bei der Kompensation, um eine Robustheit für das Parkassistentmodul 108 bereitzustellen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung kann das System 100 einen Luftmassensensor verwenden, der mit der Antriebsstrangsteuereinheit 104 gekoppelt ist, um die Schallgeschwindigkeit bezüglich atmosphärischer Bedingungen zu kompensieren. Fachkundige Personen werden verstehen, dass der Luftmassensensor verwendet wird, um die Luftmasse zu erfassen, die in einen Verbrennungsmotor eintritt. Da sich die Luftmasse mit der Temperatur ändert, kann die durch den Sensor gemessene Luftstrommasse jegliche Umgebungstemperaturabweichungen bestimmen. Anschließend kann diese Temperaturschwankungsinformation von der Antriebsstrangsteuereinheit 104 verwendet werden, um die kompensierte Schallgeschwindigkeit zu berechnen.
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Als Resultat kann das System 100 irgendeine Kombination des Erfassens oder Einschätzens von Temperatur, Druck und Luftmasse verwenden, um eine robuste Kompensation der Schallgeschwindigkeit durch die Luft bereitzustellen.
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2 stellt ein Verfahren 200 zur Ausführung des Gegenstands der vorliegenden Offenlegung dar. Das Verfahren 200 enthält die Schritte 202 bis 210, die einen Prozess zur automatischen Kompensation des Ausgangs von Ultraschallsensor 102 bezüglich Abweichungen in der Schallgeschwindigkeit beschreiben.
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Betrachten wir ein Beispiel, bei dem das Fahrzeug das Parkassistentmodul 108 verwendet, um das Fahrzeug in einen Parkplatz zu lenken. Das Verfahren 200 beginnt bei Schritt 202, wo der Atmosphärendrucksensor 114 die Atmosphärendruckzustände überwacht. Der Schritt 202 ist ein kontinuierlicher Schritt, der eine kontinuierliche Atmosphärendrucküberwachung durch die Drucksensoren 114 einschließt, während das Fahrzeug „eingeschaltet” ist. Bei Schritt 204 überträgt der Ultraschallsensor 102 Schallwellen innerhalb des Nahbereichs des Fahrzeugs, um Hindernisse zu bestimmen, die den Parkplatz umgeben und ein Kollisionsrisiko darstellen können. Bei einer Implementierung kann der Ultraschallsensor 102 an der hinteren Stoßstange des Fahrzeugs montiert sein, um Hindernisse hinter dem Fahrzeug zu erkennen und einen geeigneten Abstand zwischen dem Fahrzeug und den Hindernissen zu bestimmen.
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Als Nächstes bestimmt bei Schritt 206 der Ultraschallsensor 106 die Schallwellendurchgangszeit, die die Zeitverzögerung zwischen der Schallwellenübertragung und dem Empfang der Schallwelle definiert, die vom Hindernis, wie beispielsweise dem Hindernis 116, reflektiert wird. Zur gleichen Zeit berechnet bei Schritt 208 das Kompensationsmodul 118 eine kompensierte Schallgeschwindigkeitsanpassung für Atmosphärendruckabweichungen. Zu diesem Zweck bestimmt das Kompensationsmodul 118 die Abweichung im Atmosphärendruck während der Durchgangszeit, um die kompensierte Schallgeschwindigkeit zu berechnen. Anschließend wird die kompensierte Schallgeschwindigkeit dem Ultraschallsensor 102 bereitgestellt.
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Es ist zu verstehen, dass die Schallgeschwindigkeit bezüglich der Atmosphärendruckabweichung basierend auf der bekannten Abhängigkeit der Schallwelle vom Atmosphärendruck kompensiert wird. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung wird die kompensierte Schallgeschwindigkeit unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: c2 = γP/ρ (1)
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c ist die Schallgeschwindigkeit, P ist der Atmosphärendruck, ρ ist die Dichte der Luft und γ ist der adiabatische Index, auch bekannt als der isentrope Expansionsfaktor.
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Der Fachmann versteht, dass γ der Adiabatenexponent eines Gases ist, bei einem Dauerdruck zu einem Gas bei einem Konstantvolumen (Cp/Cv).
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Bei Schritt 210 generiert der Ultraschallsensor 106 ein Ausgangssignal entsprechend dem Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis 116 basierend auf der Durchgangszeit und der kompensierten Schallgeschwindigkeit. Daraufhin stellt der Ultraschallsensor 102 dieses Signal dem Parkassistentmodul 108 bereit, das einen Fahrer über alle identifizierten Hindernisse informieren kann, die das Fahrzeug umgeben. Alternativ kann das Parkassistentmodul 108 das Fahrzeug unter Verwendung dieses Signals automatisch angemessen in den Parkplatz lenken, ohne das Fahrzeug zu beschädigen. Die Verwendung der kompensierten Schallgeschwindigkeit verhindert eine fehlerhafte Hinderniserkennung durch Ultraschallsensoren, was das zugehörige Parkassistentmodul 108 robust und effizient macht.
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Fachkundige Personen verstehen, dass die Schritte, die in der obigen Beschreibung dargelegt wurden, bei speziellen Anpassungen der Offenlegung kombiniert oder abgeändert werden können. Die veranschaulichten Schritte werden dargelegt, um die gezeigte Ausführungsform zu erklären, und es sollte antizipiert werden, dass eine andauernde technische Entwicklung die Art und Weise ändern wird, in der spezielle Funktionen ausgeführt werden. Diese Beschreibungen begrenzen den Umfang der Offenlegung nicht, die ausschließlich durch Bezug auf die angefügten Ansprüche bestimmt wird.
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Die Spezifikation hat eine Anzahl an speziellen beispielhaften Ausführungsformen dargelegt, aber fachkundige Personen verstehen, dass Abwandlungen in diesen Ausführungsformen auf natürliche Weise im Laufe des Verkörperns des Gegenstandes der Offenlegung in speziellen Implementierungen und Umgebungen auftreten werden. Es ist weiter offensichtlich, dass solche Abwandlungen und andere ebenso in den Rahmen der Offenlegung fallen. Weder diese möglichen Abwandlungen noch die speziellen Beispiele, die oben dargelegt wurden, dienen dazu den Umfang der Offenlegung zu begrenzen. Vielmehr wird der Umfang der beanspruchten Erfindung ausschließlich durch die Ansprüche definiert, die nachfolgend angeführt sind.
