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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform bezieht sich im Allgemeinen auf das Verbessern der Genauigkeit von Kraftstoffverbrauchsindikatoren.
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Der Kraftstoffverbrauch ist eine leichte Bestimmung, wenn ein Fahrzeug entlang einer ebenen, nicht geneigten Straßenoberfläche fährt; der Kraftstoffverbrauch kann sich jedoch signifikant ändern, wenn das Fahrzeug auf einer geneigten Oberfläche fährt. Um den Kraftstoffverbrauch auf einer geneigten Oberfläche genau zu bestimmen, ist üblicherweise der Neigungswinkel der befahrenen Straßenoberfläche erforderlich. Um einen Neigungswinkel zu bestimmen, wären jedoch zusätzliche Sensoren im Fahrzeug erforderlich. GPS könnte verwendet werden, um den Neigungswinkel zu bestimmen; GPS-Messungen werden jedoch mit einer langsamen Rate (1 Hz) aktualisiert. Daher könnte das Fahrzeug nicht weniger als einige zehn Meter fahren, bevor der Kraftstoffverbrauch auf der Basis der GPS-Datenübertragungsrate aktualisiert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Vorteil einer Ausführungsform ist die Abschätzung einer Neigung einer Straße unter Verwendung mindestens eines existierenden Fahrzeugbetriebsparameters des Fahrzeugs wie z. B. des Achsdrehmoments, der Motordrehzahl, der Drosselklappenposition und der Fahrpedalstellung.
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Die Abschätzung der Straßensteigung wird verwendet, um die Genauigkeit einer Kraftstoffverbrauchsindex-Berechnung zu verbessern. Der Kraftstoffverbrauchsindex kann verwendet werden, um einen Antriebsstrangberatungsvorgang zu bestimmen. Der Antriebsstrangberatungsvorgang liefert Informationen zu einem Fahrer des Fahrzeugs in Bezug auf den momentanen Kraftstoffverbrauch, eine Handschaltgetriebeschaltberatung und Beschleunigungsprofilberatung.
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Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Abschätzen einer Straßensteigung einer aktuellen durch ein Fahrzeug befahrenen Straße in Betracht. Ein nominaler Wert eines Fahrzeugbetriebsparameters wird während einer nominalen Fahrzeugbetriebsbedingung gemessen. Der Fahrzeugbetriebsparameter bezieht sich auf eine Fahrzeugschubkraft. Der nominale Wert der Fahrzeugbetriebsbedingung besteht aus einer nominalen Beschleunigung, die dem nominalen Wert entspricht, wenn das Fahrzeug auf einer im Wesentlichen nicht geneigten Straße gefahren wird. Der nominale Wert und die nominale Beschleunigung werden in einem Speicher gespeichert. Ein tatsächlicher Wert des Fahrzeugbetriebsparameters wird während einer momentanen Fahrzeugbetriebsbedingung bestimmt. Eine Fahrzeugbeschleunigung, die dem tatsächlichen Wert des Fahrzeugbetriebsparameters entspricht, wird gemessen. Die Straßensteigung der aktuellen befahrenen Straße wird als Funktion eines Vergleichs zwischen dem gemessenen Beschleunigungswert und der nominalen Beschleunigung, die für den tatsächlichen Wert des Fahrzeugbetriebsparameters erwartet werden würde, abgeschätzt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Abschätzen einer Straßensteigung einer Straße.
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2 ist eine beispielhafte Tabelle von Kraftstoffverbrauchsindizes.
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3 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Abschätzen der Straßensteigung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In 1 ist ein System zum Abschätzen eines Straßenneigungswinkels gezeigt, das verwendet werden kann, um einen Kraftstoffverbrauchsindex für ein Fahrzeug, das entlang einer Straße fährt, zu bestimmen. Die bestimmte Straßensteigung wird beim Verbessern der Genauigkeit eines Kraftstoffverbrauchsindex verwendet, der in einem jeweiligen Antriebsstrangberatungsvorgang verwendet wird. Eine Steuereinheit 12 überwacht mindestens einen Fahrzeugbetriebsparameter. Der Fahrzeugbetriebsparameter bezieht sich auf einen Kraftschub des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug entlang einer Straße fährt. Die Fahrzeugbetriebsparameter können das Achsdrehmoment 14, die Motordrehzahl 16, die Drosselklappenposition 18 und die Fahrpedalstellung 20 umfassen, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Mindestens einer der Werte der Fahrzeugbetriebsparameter wird gemessen und zur Steuereinheit 12 geliefert. Die Steuereinheit 12 schätzt in Zusammenwirkung mit anderen Faktoren, wie hier beschrieben wird, die Straßensteigung der momentan befahrenen Straße ab. Die Straßensteigungsabschätzung wird dann verwendet, um einen Kraftstoffverbrauchsindex für das Fahrzeug, das entlang der momentanen Straße fährt, zu bestimmen. Der Kraftstoffverbrauchsindex kann in einem Antriebsstrangberatungsvorgang verwendet werden. Der Antriebsstrangberatungsvorgang kann über einen Indikator 22 an einen Benutzer geliefert werden. Der Indikator 22 kann einen momentanen Kraftstoffverbrauchsindikator, einen Gangschaltberater oder einen Beschleunigungs-/Abbremsungsberater zum Vorschlagen eines Profils zum Beschleunigen/Abbremsen eines Fahrzeugs umfassen.
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Um den momentanen Kraftstoffverbrauch, die Gangschaltberatung und die Beschleunigungs-/Abbremsungsberatung genau zu bestimmen, ist die Neigung der Straße erforderlich. Die hier beschriebenen Ausführungsformen schätzen die Straßensteigung durch Vergleichen von tatsächlichen Messungen der Fahrzeugschubkraft (P
actual) und einer nominalen (erwarteten) Fahrzeugkraft (P
no min al) unter nominalen Bedingungen (z. B. ebene Straße) ab. Die Formel kann durch die Gleichung wie folgt dargestellt werden:
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Fahrzeugbetriebsparameter, die sich auf den Kraftschub beziehen und die verwendet werden können, um die Straßensteigung zu bestimmen, umfassen das Achsdrehmoment, die Drosselklappenposition, die Motordrehzahl und die Fahrpedalstellung. Ein tatsächliches Achsdrehmoment (d. h. für die momentane befahrene Straße gemessen) wird mit einem nominalen Achsdrehmoment verglichen, das vorher für ein Fahrzeug aufgezeichnet wurde, das auf einer nicht geneigten Straßenoberfläche gefahren wurde. Das tatsächliche Achsdrehmoment wird bei einer jeweiligen Beschleunigung ax und Fahrzeuggeschwindigkeit v auf der momentanen Straßensteigung θ gemessen. Eine Gleichung zum Bestimmen des momentanen gemessenen Achsdrehmoments ist durch die folgende Formel dargestellt: τA(ax, v, θ) = (mv + mfuel)axr + (mv + mfuel)sin(θ)gr + RL(v) (2) wobei τA das tatsächliche gemessene Achsdrehmoment ist, mv die Fahrzeugmasse, einschließlich der Last (Insassen, Gepäck usw.) ist, mfuel die Kraftstoffmasse ist, θ der Straßensteigungswinkel ist, r der Radradius ist, RL der vorher aus einer Motorkalibrierungstabelle bestimmte Fahrwiderstand ist und g = 9,81 m/s2. Die Fahrzeugmasse mv und der Straßensteigungswinkel θ sind Unbekannte. Das heißt, obwohl die tatsächliche Masse des Fahrzeugs bekannt ist, sind andere Faktoren wie z. B. die Masse von Insassen im Fahrzeug, von Gepäck und eines möglichen Anhängers Unbekannte.
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Das nominale (erwartete) Achsdrehmoment ist ein Drehmoment, das am Fahrzeug gemessen wird und das vorher aufgezeichnet wurde, als das Fahrzeug auf einer nicht geneigten Oberfläche fuhr. Das nominale Achsdrehmoment wird durch die folgende Formel dargestellt:
τn(ax, v) = (mv – mfuel)axr + RL(v) (3) wobei τ
n das nominale Achsdrehmoment ist, m
v die Fahrzeugmasse ist, m
fuel die Kraftstoffmasse ist, r der Radradius ist, RL der vorher aus einer Motorkalibrierungstabelle bestimmte Fahrwiderstand ist und g = 9,81 m/s
2. In Gl. (3) ist die Masse des Fahrzeugs eine Unbekannte. Folglich versehen uns Gl. (2) und (3) mit zwei Gleichungen und zwei Unbekannten. Daher kann der Straßenwinkel durch Auflösen von einer der Gleichungen nach der Fahrzeugmasse m
v und Einsetzen der nach der Fahrzeugmasse aufgelösten Gleichung in die andere Gleichung bestimmt werden. Nach dem Straßensteigungswinkel θ wird dann hinsichtlich der bekannten Variablen aufgelöst. Die Straßensteigungsabschätzung unter Verwendung des Achsdrehmoments ist durch die folgende Formel dargestellt:
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KRGE stellt die Straßensteigung dar. Sie variiert von –1 bis 1. In Gl. (4) ist, wenn KRGE im Bereich von –1 < KRGE < 0 liegt, dann die Steigung bergab. Wenn KRGE 0 ist, dann ist die Steigung nicht geneigt. Wenn KRGE im Bereich von 0 < KRGE < 1 liegt, dann ist die Steigung bergauf.
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Die Straßensteigungsabschätzung KRGE wird dann verwendet, um einen eingestellten Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndexadjusted) für die momentan befahrene Straße zu bestimmen. Um den eingestellten Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndexadjusted) zu bestimmen, wird zuerst ein Kraftstoffverbrauchsindex für eine nicht geneigte Straße (EcoIndexnon-inclined) bestimmt. Der Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndexnon-inclined) wird vorzugsweise durch eine vorab erzeugte Indextabelle erhalten. 2 stellt ein Beispiel der Kraftstoffverbrauchsindexwerte für ein Fahrzeug, das auf einer nicht geneigten Straße fährt, dar. Die Kraftstoffverbrauchsindexwerte werden als Funktion der Beschleunigung und Geschwindigkeit der Tabelle bereitgestellt. Die Tabelle wird für ein jeweiliges Fahrzeugmodell vorbestimmt. Selbstverständlich sind die darin gezeigten Werte in der Tabelle beispielhaft und können zwischen Fahrzeugen verschiedener Modelle variieren. Die x-Achse stellt die Beschleunigung (g) dar und die y-Achse stellt die Geschwindigkeit (mph) dar.
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Die Fahrzeugbeschleunigung und -geschwindigkeit durch das Fahrzeug für die momentan befahrene Straße werden gemessen und aufgezeichnet. Auf der Basis der Kombination der gemessenen Beschleunigung und Geschwindigkeit wird ein Kraftstoffverbrauchsindex aus der Tabelle erhalten. In 2 würde beispielsweise eine gemessene Beschleunigung von 0,1 g und eine gemessene Geschwindigkeit von 60 mph einen Kraftstoffverbrauchsindex von 11,07 liefern. Selbstverständlich stellt die Tabelle Indizes für eine nicht geneigte Oberfläche dar. Sobald ein jeweiliger Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndexnon-inclined) aus der Tabelle erhalten ist, wird der Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndexnon-inclined) eingestellt, um die geneigte Oberfläche zu kompensieren, entlang derer das Fahrzeug momentan gefahren wird. Der eingestellte Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndexadjusted) für die momentane Straßensteigung wird auf der Basis einer Funktion des Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndexnon-inclined) und der Straßensteigungsabschätzung KRGE bestimmt. Der eingestellte Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndexadjusted) ist durch die folgende Formel dargestellt: EcoIndexadjusted = KRGE·EcoIndexnon-inclined. (5)
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Die Ausgabe aus Gl. (5) ergibt einen positiven Wert, wenn das Fahrzeug entlang einer Bergabneigung fährt, oder der Index ergibt einen negativen Wert, wenn das Fahrzeug entlang einer Bergaufsteigung fährt, oder der Index ist null, wenn das Fahrzeug entlang einer nicht geneigten Steigung fährt.
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Der eingestellte Kraftstoffverbrauchsindex EcoIndexadjusted kann von der elektronischen Steuereinheit zum Verbessern der Genauigkeit und des Betriebs von Antriebsstrangvorgängen verwendet werden, die momentane Kraftstoffverbrauchsindikatoren (IFE), Handschaltberatung und Beschleunigungsprofilberatung umfassen, jedoch nicht darauf begrenzt sind, die den Kraftstoffverbrauch als Faktor verwenden.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform kann die Drosselklappenposition als Fahrzeugbetriebsparameter verwendet werden, der sich auf den Kraftschub als Alternative für das Achsdrehmoment bezieht, wenn die Achsdrehmomenterfassung an einem Fahrzeug nicht verfügbar ist. Eine Drosselklappenposition, die gemessen wird, während das Fahrzeug entlang der Straße fährt, wird mit einer Drosselklappenposition verglichen, die vorher für ein Fahrzeug aufgezeichnet wurde, das auf einer nicht geneigten Straßenoberfläche gefahren wurde. Die tatsächliche Drosselklappenposition wird bei einer jeweiligen Beschleunigung a
x und Fahrzeuggeschwindigkeit v auf der momentanen Straßensteigung θ gemessen. Die nominale (erwartete) Drosselklappenposition ist eine vorher aufgezeichnete Messung, die erhalten wurde, als das Fahrzeug unter nominalen Bedingungen (d. h. auf einer nicht geneigten Oberfläche) mit einer gleichen Beschleunigung und Geschwindigkeit fuhr. Die Formel zum Bestimmen der Straßensteigungsabschätzung K
RGE als Funktion der Drosselklappenposition ist durch die folgende Formel dargestellt:
wobei T
A der tatsächliche Wert der Drosselklappenposition bei einer jeweiligen Beschleunigung a
x auf der Straßensteigung θ ist, T
n der nominale Wert der Drosselklappenposition auf einer im Wesentlichen sich nicht neigenden Oberfläche ist und
ein Kompensationsfaktor für Änderungen der Masse des Fahrzeugs ist. T
n,0 sind Werkeinstellungsdaten, die bei einer nominalen Drosselklappenposition unter nominalen Bedingungen ohne Last gemessen werden. Die Straßensteigungsabschätzung K
RGE, die unter Verwendung der Drosselklappenposition als Fahrzeugbetriebsparameter bestimmt wird, kann verwendet werden, um den eingestellten Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndex
adjusted) zu bestimmen, wie unter Verwendung von Gl. (5) beschrieben.
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In einer dritten bevorzugten Ausführungsform kann die Fahrpedalstellung als Fahrzeugbetriebsparameter in Bezug auf den Kraftschub verwendet werden. Bei der Verwendung der Fahrpedalstellung des Fahrzeugs wird eine Position des Fahrpedals, die gemessen wird, während ein Fahrzeug entlang der Straße fährt, mit einer Fahrpedalstellung verglichen, die vorher für das Fahrzeug aufgezeichnet wurde, das auf einer nicht geneigten Straßenoberfläche gefahren wurde. Die Fahrpedalstellung wird bei einer jeweiligen Beschleunigung a
x und Fahrzeuggeschwindigkeit v auf der momentanen Straßensteigung θ gemessen Die nominale (erwartete) Fahrpedalstellung ist eine vorher aufgezeichnete Messung, die erhalten wurde, als das Fahrzeug unter nominalen Bedingungen (d. h. auf einer nicht geneigten Oberfläche) mit einer gleichen Beschleunigung und Geschwindigkeit fuhr. Die Formel, die die Straßensteigungsabschätzung K
RGE als Funktion der Fahrpedalstellung bestimmt, ist durch die folgende Formel dargestellt:
wobei A
A der tatsächliche Wert der Fahrpedalstellung zum Aufrechterhalten einer Beschleunigung a
x bei einer Geschwindigkeit v auf der Straßensteigung θ ist, A
n der nominale Wert der tatsächlichen Fahrpedalstellung zum Aufrechterhalten einer Beschleunigung a
x bei einer Geschwindigkeit v auf der sich im Wesentlichen nicht neigenden Oberfläche ist und
der Kompensationsfaktor für Änderungen der Masse des Fahrzeugs ist. A
n,0 sind Werkseinstellungsdaten auf der Basis einer nominalen Drosselklappenposition unter nominalen Bedingungen ohne Last. Die Straßensteigungsabschätzung K
RGE kann dann verwendet werden, um den eingestellten Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndex
adjusted) zu bestimmen, wie unter Verwendung von Gl. (5) beschrieben.
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In einer vierten bevorzugten Ausführungsform kann die tatsächliche Motordrehzahl als Fahrzeugbetriebsparameter verwendet werden, der sich auf den Kraftschub bezieht. Bei der Verwendung der tatsächlichen Motordrehzahl des Fahrzeugs wird die Motordrehzahl, die gemessen wird, während das Fahrzeug entlang der Straße fährt, mit der Motordrehzahl verglichen, die vorher für ein Fahrzeug aufgezeichnet wurde, das auf einer nicht geneigten Straßenoberfläche gefahren wurde. Die Motordrehzahl wird bei einer jeweiligen Beschleunigung a
x und Fahrzeuggeschwindigkeit v auf der momentanen Straßensteigung θ gemessen. Die nominale (erwartete) Motordrehzahl ist eine vorher aufgezeichnete Messung, die erhalten wurde, als das Fahrzeug unter nominalen Bedingungen (d. h. auf einer nicht geneigten Oberfläche) mit einer gleichen Beschleunigung und Geschwindigkeit fuhr. Die Formel zum Bestimmen der Straßensteigungsabschätzung K
RGE als Funktion der Motordrehzahl ist durch die folgende Formel dargestellt:
wobei rpm
A der tatsächliche Wert der Motordrehzahl zum Aufrechterhalten einer Beschleunigung a
x bei einer Geschwindigkeit v auf der Straßensteigung θ ist, rpm
n der nominale Wert der Motordrehzahl zum Aufrechterhalten einer Beschleunigung a
x bei einer Geschwindigkeit v auf der sich im Wesentlichen nicht neigenden Oberfläche ist,
der Kompensationsfaktor für Änderungen der Masse des Fahrzeugs ist. Die Straßensteigungsabschätzung K
RGE kann dann verwendet werden, um den eingestellten Kraftstoffverbrauchsindex (EcoIndex
adjusted) zu bestimmen, wie unter Verwendung von Gl. (5) beschrieben.
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3 stellt einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Abschätzen eines Straßensteigungsneigungswinkels dar. In Schritt 30 wird ein nominaler Wert eines Fahrzeugbetriebsparameters während einer nominalen Betriebsbedingung gemessen, wobei der Fahrzeugbetriebsparameter auf die Fahrzeugschubkraft bezogen ist. Der Fahrzeugbetriebsparameter ist aus der Gruppe ausgewählt, die das Achsdrehmoment, die Motordrehzahl, die Drosselklappenposition und die Fahrpedalstellung umfasst, jedoch nicht darauf begrenzt ist. Der nominale Wert des Fahrzeugbetriebsparameters wird mit jedem Wert einer nominalen Beschleunigung gepaart, die auf einer nicht geneigten Oberfläche mit dem Fahrzeugbetriebsparameter bei dem nominalen Wert auftritt.
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In Schritt 31 werden der nominale Wert des Fahrzeugbetriebsparameters und die nominale Beschleunigung in einem Speicher gespeichert.
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In Schritt 32 wird ein tatsächlicher Wert des Fahrzeugbetriebsparameters während einer aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingung bestimmt.
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In Schritt 33 wird eine Fahrzeugbeschleunigung entsprechend dem tatsächlichen Wert des Fahrzeugbetriebsparameters gemessen.
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In Schritt 34 wird die Straßensteigung als Funktion eines Vergleichs zwischen dem gemessenen Beschleunigungswert und dem nominalen Beschleunigungswert, der für den tatsächlichen Wert des Fahrzeugbetriebsparameters erwartet werden würde, abgeschätzt.
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In Schritt 35 wird ein Kraftstoffverbrauchsindex aus einer vorher erzeugten Tabelle auf der Basis der gemessenen Beschleunigung und Geschwindigkeit bestimmt.
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In Schritt 36 wird ein eingestellter Kraftstoffverbrauchsindex als Funktion des Kraftstoffverbrauchsindex und der Straßensteigungsabschätzung bestimmt.
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In Schritt 37 wird der eingestellte Kraftstoffverbrauchsindex zum Verbessern der Genauigkeit des Kraftstoffverbrauchsindikators verwendet, der in einem jeweiligen Antriebsstrangberatungsvorgang verwendet wird. Der jeweilige Antriebsstrangberatungsvorgang umfasst momentane Kraftstoffverbrauchsindikatoren (IFE), Handschaltberatung und Beschleunigungsprofilberatung, ist jedoch nicht darauf begrenzt.
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Obwohl bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert.