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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeuge mit nicht auf Verbrennung beruhenden Drehmomentmaschinen und die Steuerung dieser und insbesondere ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Steuerung eines Fahrzeugantriebsstrangsystems sowie ein entsprechend ausgebildetes Antriebsstrangsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, wie der Art nach im Wesentlichen aus der
US 2008 / 0 298 785 A1 bekannt.
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Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die
US 2015 / 0 043 744 A1 verwiesen.
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HINTERGRUND
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Ein Fahrzeugbetrieb in einem Elektrofahrzeugmodus gibt weniger hörbare Geräusche aus als ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor für die Antriebsleistung. Die Geräuschemission eines Fahrzeugs kann der akustischen Lokalisierung des Fahrzeugs dienen und Information über die Fahrzeugbeschleunigung, Abbremsung und/oder Fahrtrichtung bereitstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zumindest eine Realisierung anzugeben, mittels derer Information über die Fahrzeugbeschleunigung, Abbremsung und/oder Fahrtrichtung eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt werden können, um so das Elektrofahrzeug besser lokalisieren zu können.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einen Antriebsstrangsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
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Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
- 1 schematisch eine Ausführungsform eines Fahrzeugs darstellt, die in einem Elektrofahrzeug(EV)-Modus betrieben wird, einschließlich eines Antriebsstrangsystems, das eine nicht auf Verbrennung beruhende Drehmomentmaschine beinhaltet, die, gemäß der Erfindung, mit einem Antriebssystem gekoppelt ist;
- 2 schematisch ein Elektrofahrzeug eine Einspeisungsroutine des hörbaren Signals zeigt, die ausgeführt werden kann, um den Betrieb einer Ausführungsform eines Fahrzeugs zu steuern, die zum Betrieb in einem Elektrofahrzeugmodus, gemäß der Erfindung, ausführbar ist;
- 3 schematisch, mit weiterer Bezugnahme auf 1, ein Elektromotor-Steuersystem eines Wechselrichtermoduls zur Steuerung einer Ausführungsform eines Fahrzeugs zeigt, die zum Betrieb in einem Elektrofahrzeugmodus, gemäß der Erfindung, ausführbar ist;
- 4-1 grafisch ein Beispiel des charakteristischen Betriebs eines Elektromotors zeigt, der Antriebsdrehmoment an ein Fahrzeug liefert, einschließlich einer PWM-Schaltfrequenz zur Steuerung des Elektromotors in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit, gemäß der Erfindung;
- 4-2 grafisch einen charakteristischen Betrieb des Elektromotors der 4-1 zeigt, im Sinne einer ausgewählten Schaltfrequenz und einem zugehörigen Schalldruckpegel (SPL) gemäß der Erfindung; und
- 4-3 grafisch einen charakteristischen Betrieb des Elektromotors der 4-1 zeigt, im Sinne einer ausgewählten Schaltfrequenz und einem zugehörigen Schalldruckpegel (SPL), wobei die Modulation der Schaltfrequenz zum Erzielen eines Zieltons, gemäß der Erfindung, angewendet ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Der folgende Text bezieht sich auf die Zeichnungen, wobei die Darstellungen lediglich zur Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen dienen, wobei 1 schematisch eine Ausführungsform eines Fahrzeugs 100 mit einem Mehrfachmodus-Antriebsstrangsystem 20 zeigt, das mit einem Antriebssystem 60 gekoppelt ist und durch ein Steuersystem 10 gesteuert ist, wobei ein wiederaufladbarer bordeigener, elektrischer Hochspannungs-Energiespeicher (Gleichstromquelle) 25 Energie liefert, um mindestens einen Teil der Antriebsleistung zu erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Gleichstromquelle 25 zum Laden elektrisch über ein fahrzeugeigenes Batterieladegerät 24 mit einer entfernten, sich außerhalb des Fahrzeugs befindlichen, elektrischen Energiequelle verbunden sein, während das Fahrzeug 100 steht. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich über die gesamte Beschreibung auf gleiche Elemente. Die hierin beschriebenen Konzepte beziehen sich auf ein Fahrzeugantriebsstrangsystem, das eine nicht auf Verbrennung beruhende Drehmomentmaschine beinhaltet, die zum Erzeugen von Antriebsleistung betreibbar ist. Dieses umfasst, mittels nicht beschränkender Beispiele, Plugin-Hybrid-Fahrzeuge, Elektrofahrzeuge und Nicht-Plugin-Hybrid-Fahrzeuge. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „Fahrzeug“ jede mobile Plattform und kann mittels nicht beschränkender Beispiele einen Personenkraftwagen, ein leichtes oder schweres Nutzfahrzeug, ein Mehrzweckfahrzeug, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Industrie-/ Lagerhaus-Fahrzeug oder ein Freizeit-Geländefahrzeug beinhalten.
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Das veranschaulichte Antriebsstrangsystem 20 beinhaltet mehrere drehmomenterzeugende Vorrichtungen, einschließlich einen Verbrennungsmotor (Motor) 40 und erste und zweite Elektrodrehmomentmotoren (Elektromotoren) 34, 36, die jeweils drehbar an einen Rädertrieb 50 gekoppelt sind. In einer Ausführungsform ist der Rädertrieb 50 ein einfacher Planetenradsatz, der ein Sonnenrad 52, eine Vielzahl von Planetenrädern, die an einen Träger 54 gekoppelt sind, und ein Hohlrad 56 beinhaltet. Ein Abtriebselement 62 koppelt zwischen dem Getriebe 50 und einem Antriebssystem 60. Daher sind der Motor 40 und der erste sowie zweite Elektromotor 34, 36 mit dem Rädertrieb 50 gekoppelt und zum Erzeugen einer Antriebsleistung steuerbar, die auf das Antriebssystem 60 als Antriebsdrehmoment für das Fahrzeug 100 als Reaktion auf eine Beschleunigungsanweisung oder einen Bremsdrehmoment für das Fahrzeug 100 als Reaktion auf eine Bremsanweisung übertragen wird. Das Antriebsstrangsystem 20 kann in einem Elektrofahrzeug(EV)-Modus, einem elektrisch variablen Getriebe(EVT)-Modus oder einem festen Gang-Modus betrieben sein. Wenn das Antriebsstrangsystem 20 im Elektrofahrzeugmodus betrieben ist, wird die Antriebsleistung von einem oder beiden der ersten und zweiten Elektromotoren 34, 36 erzeugt und der Motor 40 ist ausgeschaltet.
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Eine Ausführungsform des Motors 40 und des ersten sowie zweiten Elektromotors 34, 36, die mit dem Rädertrieb 50 gekoppelt ist und ein Abtriebsdrehmoment erzeugt, das auf das Antriebssystem 60 übertragen wird, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen, ist hierin beschrieben. Eine Kurbelwelle 44 des Motors 40 ist mit einem Antriebselement 41 gekoppelt, das mit einem Rotor des ersten Elektromotors 34 über eine dritte Kupplung 55 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform und wie dargestellt, ist ein Abtriebselement des Rotors des ersten Elektromotors 34 über eine zweite Kupplung 53 an das Hohlrad 56 gekoppelt, der zweite Elektromotor 36 drehbar an das Sonnenrad 52 gekoppelt und der Planetenradträger 54 über ein Abtriebselement 62 mit dem Antriebssystem 60 gekoppelt. Das Hohlrad 56 kann über eine erste Kupplung/Bremse 51 mit einer Karosseriemasse gekoppelt sein. Eine Getriebesteuerung (TCM) überwacht die Rotationsgeschwindigkeiten verschiedener Rotationselemente und steuert die Aktivierungen der ersten, zweiten und dritten Kupplungen 51, 53 und 55.
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Der Motor 40 ist bevorzugt ein mehrzylindriger Verbrennungsmotor, der kohlenwasserstoffbasierten Kraftstoff oder einen anderen Kraftstoff über einen thermodynamischen Verbrennungsprozess in ein mechanisches Drehmoment umwandelt. Der Motor 40 ist mit mehreren Aktoren und Sensorvorrichtungen zur Betriebsüberwachung und zur Kraftstoffzuleitung zum Bilden von zylinderinternen Verbrennungsladungen zum Erzeugen einer sich ausdehnenden Kraft ausgestattet, welche über Kolben und Pleuelstangen auf die Kurbelwelle 44 zum Erzeugen von Drehmoment übertragen wird. Der Betrieb des Motors 40 wird über eine Motorsteuerung (ECM) 45 gesteuert. Der Motor 40 kann zum Ausführen von Autostart- und Autostopp-Steuerprogrammen, Kraftstoffabschaltungs-Steuerprogrammen und Zylinderdeaktivierungs-Steuerprogrammen während des laufenden Betriebs des Antriebsstrangsystems 20 konfiguriert sein. Der Motor 40 wird als ausgeschaltet betrachtet, wenn er sich nicht dreht. Der Motor 40 ist eingeschaltet, wenn er sich dreht, einschließlich einem oder mehrerer FCO-Zustände, in denen er sich ohne eine Zufuhr von Kraftstoff dreht.
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Die ersten und zweiten Elektromotoren 34, 36 sind bevorzugt Hochspannungs-Mehrphasen-Elektromotoren/-Generatoren, die elektrisch mit einer Gleichstromquelle 25 über jeweils ein erstes und ein zweites Wechselrichtermodul 33, 35 verbunden sind. Die ersten und zweiten Elektromotoren 34, 36 sind zum Umwandeln der gespeicherten elektrischen Energie in mechanische Energie und der mechanischen Energie in elektrische Energie konfiguriert, die in der Gleichstromquelle 25 gespeichert werden kann. Die Gleichstromquelle 25 kann ein Hochspannungs-Energiespeicher sein, d. h. eine mehrzellige Lithium-Ionen-Vorrichtung, ein Ultrakondensator oder eine andere uneingeschränkte passende Vorrichtung sein. Die Gleichstromquelle 25 kann durch ihre Energiekapazität, beispielsweise den Ladezustand (SOC), gekennzeichnet sein, die in Amperestunden (Ah) oder dem Prozentsatz einer maximalen Füllung (%) ausgedrückt werden kann. Die Ermittlung der Energiekapazität, beispielsweise des Ladezustands, für eine Batterie oder einen anderen Energiespeicher ist Fachleuten bekannt und wird hierin nicht ausführlich beschrieben. In einer Ausführungsform kann die Gleichstromquelle 25 zum Laden elektrisch über ein fahrzeugeigenes Batterieladegerät 24 mit einer entfernten, sich außerhalb des Fahrzeugs befindlichen elektrischen Energiequelle, verbunden werden, während das Fahrzeug 100 steht, wobei das fahrzeugeigene Batterieladegerät 24 durch eine Ladesteuerung 21 gesteuert wird. Die Gleichstromquelle 25 ist elektrisch über die Hochspannungs-Gleichstromleitung 29 mit dem ersten Wechselrichtermodul 33 verbunden, um Hochspannungs-Gleichstromenergie als Reaktion zum Steuern der Signale aus dem Steuersystem 10 an den ersten Elektromotor 34 zu übertragen. Ebenso ist die Gleichstromquelle 25 elektrisch über die Hochspannungsgleichstromleitung 29 mit dem zweiten Wechselrichtermodul 35 verbunden, um Hochspannungs-Gleichstromenergie als Reaktion zum Steuern der Signale aus dem Steuersystem 10 an den zweiten Elektromotor 36 zu übertragen. Die entfernte, sich außerhalb des Fahrzeugs befindliche, elektrische Energiequelle kann jede öffentliche/ kommerzielle Energiequelle oder private Energiequelle, wie etwa eine Wohnenergiequelle, sein.
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Jeder der ersten und der zweiten Elektromotoren 34, 36 beinhaltet den Rotor und einen Stator und ist jeweils elektrisch über das entsprechende erste und zweite Wechselrichtermodul 33, 35 und die Hochspannungs-Gleichstromleitung 29 mit der Gleichstromquelle 25 verbunden. Die ersten und zweiten Wechselrichtermodule 33, 35 sind beide mit geeigneten Steuerschaltungen konfiguriert, die komplementäre gepaarte Schaltungen in Form von Leistungstransistoren beinhalten, z. B. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) zum Umwandeln von Hochspannungs-Gleichstromenergie in Hochspannungs-Wechselstromenergie und zum Umwandeln von Hochspannungs-Wechselstromenergie in Hochspannungs-Gleichstromenergie. Alternativ können die Feldeffekttransistoren (FET), MOSFETs oder andere Leistungstransistoren eingesetzt werden.
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Jedes der ersten und zweiten Wechselrichtermodule 33, 35 ist bevorzugt als Gleichspannungs-Zwischenkreis (VSI) konfiguriert, der entweder in einer Pulsweitenmodulationssteuerung(PWM)-VSI-Modus oder einem Sechs-Schritte-VSI-Modus zum Umwandeln von gespeicherter Gleichstromenergie aus der Gleichstromquelle 25 in Wechselspannungsenergie zum Antrieb jeweils des ersten und zweiten Elektromotors 34, 36 zum Erzeugen von Drehmoment betrieben werden kann. Ähnlich wandelt das erste und das zweite Wechselrichtermodul 33, 35 mechanische Energie, die an den jeweiligen ersten und zweiten Elektromotor 34, 36 übertragen wird, in Gleichstromenergie zum Erzeugen von elektrischer Energie um, die in der Gleichstromquelle 25 gespeichert werden kann, einschließlich als Teil einer regenerativen Energiesteuerungsstrategie. Die ersten und zweiten Wechselrichtermodule 33, 35 sind beide zum Empfangen von Motorsteuerungsbefehlen konfiguriert und steuern die Wechselrichterzustände zum Bereitstellen von Motorantrieb und regenerativen Bremsvorgängen durch den ersten und zweiten Elektromotor 34, 36. In einer Ausführungsform ist ein elektrischer Gleichstrom/Gleichstrom-Energiewandler 23 elektrisch mit einer Niederspannungsleitung 28, einer Niederspannungsbatterie 27 und mit der Hochspannungsgleichstromleitung 29 verbunden. Derartige elektrische Stromanschlüsse sind bekannt und werden nicht näher erläutert. Die Niederspannungsbatterie 27 ist elektrisch mit einem zusätzlichen Stromsystem 26 zum Bereitstellen von elektrischem Strom mit Niederspannung an Niederspannungssysteme des Fahrzeugs verbunden, einschließlich z. B. elektrischen Fenstern, HVAC-Lüftern, Sitzen und anderen Vorrichtungen. Jedes der ersten und zweiten Wechselrichtermodule 33, 35 kann auch andere elektrische Schaltungselemente beinhalten, wie Hochspannungs-Zwischenkreiskondensatoren, Widerstände und aktive Gleichstromleitungs-Entladungsschaltungen.
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Die ersten und zweiten Wechselrichtermodule 33, 35 beinhalten Gate-Antriebsmodule. Jedes der Gate-Antriebsmodule beinhaltet eine Vielzahl von gepaarten Gate-Antriebsschaltungen, wobei jede jeweils signalführend einzeln mit einer der komplementären gepaarten Schaltungen aus einer der Phasen des jeweiligen ersten und zweiten Wechselrichtermoduls 33, 35 verbunden ist. Es befinden sich drei gepaarte Gate-Antriebsschaltungen oder insgesamt sechs Gate-Antriebsschaltungen in jedem der Gate-Antriebsmodule, wenn der entsprechende Elektromotor ein dreiphasiges Gerät ist. Die Gate-Antriebsmodule empfangen Betriebsbefehle von der Steuerung 12 über eine Kommunikationsleitung 18 und steuern die Aktivierung und Deaktivierung jeder der Schaltungen über die Gate-Antriebsschaltungen, um Motorantrieb oder Stromerzeugungsfunktionalität bereitzustellen, die auf die Betriebsbefehle reagiert. Während des Betriebs erzeugt jedes der Gate-Antriebsmodule einen Impuls als Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuerung 12, was eine der Schaltungen aktiviert und den Stromfluss durch eine halbe Phase des jeweiligen Elektromotors veranlasst. Die ersten und zweiten Gate-Antriebsmodule werden zum periodisch wiederholenden, sequentiellen Aktivieren der komplementären gepaarten Schaltungen zum Übertragen von elektrischer Energie zwischen einer der positiven und negativen Schienen der Hochspannungs-Gleichstromleitung 29 und einer Vielzahl von Wicklungen in Verbindung mit einer der Phasen der entsprechenden ersten und zweiten Drehmomentmaschine 34, 36 betrieben, um elektrische Energie in mechanisches Drehmoment oder mechanisches Drehmoment in elektrische Energie umzuwandeln.
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Das Antriebssystem 60 kann eine Differentialrädertriebvorrichtung 65 umfassen, die mechanisch mit einer Achse, einer Transachse oder einer Halbachse 64 verbunden ist, die in einer Ausführungsform mechanisch mit einem Rad 66 verbunden ist. Das Antriebssystem 60 überträgt Antriebsdrehmoment zwischen dem Rädertrieb 50 und einer Fahrbahnoberfläche.
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Eine Bedienerschnittstelle 14 des Fahrzeugs 100 beinhaltet eine Steuerung, die signalführend mit mehreren Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen verbunden ist, durch welche der Bediener den Betrieb des Fahrzeugs 100 bedient. Die Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen beinhaltet bevorzugt, z. B. ein Gaspedal 15, ein Bremspedal 16 und eine Benutzeroberfläche, wie beispielsweise eine grafische Benutzeroberfläche (UI) 17. Sonstige Mensch-Maschine-Schnittstelleneinrichtungen können einen Zündschalter beinhalten, um einem Bediener den Betrieb des Fahrzeugs 100, eines Lenkrads, eines Getriebemoduswählers und eines Scheinwerferschalters zu ermöglichen. Das Gaspedal 15 stellt eine Signaleingabe bereit, die eine Gaspedalposition angibt und das Bremspedal 16 stellt eine Signaleingabe bereit, die eine Bremspedalposition angibt. Die Gaspedalposition entspricht einer Bedieneranweisung für die Beschleunigung in Form des Antriebsdrehmoments, das durch das Steuern des Betriebs von einem oder mehreren der ersten und zweiten Elektromotoren 34, 36 und des Motors 40 erzeugt werden kann. Die Bremspedalposition entspricht einer Bedieneranweisung für das Bremsdrehmoment, das durch das Steuern des Betriebs von einem oder mehreren der ersten und zweiten Elektromotoren 34, 36 und den Radbremsen erzeugt werden kann. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Navigationssystem mit fahrzeugeigenem GPS im Fahrzeug 100 verwendet.
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Das Steuersystem 10 beinhaltet eine Steuerung 12, die sich signalführend mit der Bedienerschnittstelle 14 verbindet. Die Steuerung 12 beinhaltet bevorzugt mehrere diskrete Vorrichtungen, die zusammen mit den individuellen Elementen des Antriebsstrangsystems 20 zum Bewirken einer Betriebssteuerung der einzelnen Elemente des Antriebsstrangsystems 20 als Reaktion auf Bediener- und Antriebsstrangbefehle angeordnet sind. Die Steuerung 12 kann auch eine Steuervorrichtung beinhalten, die eine hierarchische Steuerung sonstiger Steuervorrichtungen bereitstellt. Die Steuerung 12 ist entweder direkt oder über eine Kommunikationsleitung 18 zum Überwachen des Betriebs dieser mit jeder Gleichstromquelle 25, dem ersten und zweiten Wechselrichtermodul 33, 35, dem ECM 45 und dem TCM verbunden. Die Steuerung 12 befiehlt den Betrieb des Antriebsstrangsystems 20, einschließlich dem Auswählen und dem Steuern des Betriebs in einem von mehreren Betriebsmodi zum Erzeugen von Drehmoment und zwischen den drehmomenterzeugenden Vorrichtungen zu übertragen, z. B. zwischen dem Motor 40 und dem ersten und zweiten Elektromotor 34, 36 und dem Antriebssystem 60.
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Die Begriffe Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordneten nichtflüchtigen Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nichtflüchtige Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Geräten und Kreisen für Ein- und Ausgaben gehören Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder als Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze, einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen ein Steuerprogramm(e) aus, einschließlich die Überwachung der Eingaben von Sensorvorrichtungen und anderen vernetzten Steuerungen und die Ausführung von Steuer- und Diagnoseprogrammen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern. Programme können in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 100 Millisekunden, 3,125 ms, 6,25 ms, 12,5 ms, 25 ms und 100 ms während andauerndem Motor- und Fahrzeugbetrieb ausgeführt werden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden.
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Das Antriebsstrangsystem 20 kommuniziert Sensorsignale und Stellglied-Befehlssignale zwischen dem Steuersystem 10, dem Fahrzeug 100 und dem Antriebsstrangsystem 20 mit einem oder mehreren Kommunikationssystemen und - vorrichtungen, einschließlich beispielsweise der Kommunikationsleitung 18, einer direkten Verbindung, einer LAN-Leitung, einer Serial-Peripheral-Interface-Leitung und/oder einer drahtlosen Verbindung, um Informationsübertragung zu bewirken. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann unter Verwendung einer Direktverkabelung, einer vernetzten Kommunikationsleitungs-Verbindung, einer drahtlosen Verbindung oder jeder anderen geeigneten Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art und Weise, einschließlich zum Beispiel elektrischer Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetischer Signale über die Luft, optischer Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können unter anderem Signale umfassen, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, Signale, die Stellgliedbefehle und Kommunikationssignale zwischen Steuerungen repräsentieren. Der Ausdruck „Modell“ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen mittels des Prozessors ausführbaren Code und der zugehörigen Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch“ Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind.
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2 zeigt schematisch eine Erzeugungsroutine (Routine) 200 für hörbare Signale eines Elektrofahrzeugs, die ausgeführt werden kann, um den Betrieb einer Ausführungsform eines Fahrzeugs, das in einem Elektrofahrzeugmodus ausführbar sein kann, zu steuern. Eine Ausführungsform des Fahrzeugs 100 ist beschrieben mit Bezug auf
1. Diese Routine 200 kann vorteilhaft auf verschiedene Fahrzeugsysteme angewendet werden, die in einem Elektrofahrzeugmodus betrieben werden und die Hochspannungs-Elektrosysteme zum Erzeugen von Antriebsdrehmoment anwenden. Tabelle 1 stellt eine Aufschlüsselung bereit, in der die numerisch gekennzeichneten Blocks und die entsprechenden Funktionen wie folgt und entsprechend der Routine 200 aufgeführt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 202 | Wird der Antriebsstrang im Elektrofahrzeugmodus betrieben? UND Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen einer oberen Grenzgeschwindigkeit und einer unteren Grenzgeschwindigkeit? |
| 204 | Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit |
| 206 | Bestimmen eines Zieltons in Verbindung mit einem bevorzugten hörbaren Ton, der durch das Antriebsstrangsystem basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt wird |
| 207 | Einbringen des Zieltons in die Steuerung des/der Elektromotors/Elektromotoren |
| 208 | Bestimmen der PWM-Frequenzen des Wechselrichters, die auf den Betrieb im Elektrofahrzeugmodus reagieren, um den Motorbetrieb zu modulieren, um einen Gesamt-Baseline-Breitbandton zu erzeugen, der dem bevorzugten hörbaren Ton zugewiesen ist |
| 210 | Bestimmen der Stromregelung und Menge der Stromwelligkeit, die eine gewünschte Frequenz des bevorzugten hörbaren Tons erzeugt |
| 212 | Überprüfen des Betriebs |
| 220 | Ausführung beenden |
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Während des Fahrzeugbetriebs überwacht die Routine 200 regelmäßig den Betrieb, einschließlich der Bestimmung des Antriebsstrang-Betriebsmodus und der Überwachung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn der Antriebsstrang-Betriebsmodus den Betrieb mit dem eingeschalteten Motor beinhaltet oder wenn das Fahrzeug bei einer höheren Geschwindigkeit als einer oberen Grenzgeschwindigkeit betrieben wird, z. B. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher ist als 20 km/h oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger ist als eine untere Grenzgeschwindigkeit, z. B. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger ist als 4 km/h, (202)(1), beendet die vorliegenden Wiederholung der Routine 200 die Ausführung ohne eine weitere Aktion (220).
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Wenn sich der Antriebsstrang-Betriebsmodus in einem Elektrofahrzeugmodus befindet, z. B. wenn der Motor ausgeschaltet ist und das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit betrieben wird, die zwischen der oberen und unteren Grenzgeschwindigkeiten (202)(0) liegt, übernimmt die Routine 200 den Betrieb zum Steuern des Betriebs von einem oder mehreren der Elektromotoren 34, 36, sodass ein hörbares Signal erzeugt wird. Dieses beinhaltet die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit (204) und die Bestimmung eines bevorzugten hörbaren Tons, der vom Antriebsstrangsystem bei der Fahrzeuggeschwindigkeit (206) erzeugt wird. Der bevorzugte hörbare Ton kann in Form eines Zieltons in Form eines komplexen akustischen Signals beschrieben sein, das einen hörbaren Ton beinhaltet, der aus einer Vielzahl von gleichzeitig erzeugten Signalbeiträgen bei mehreren Frequenzen zusammengesetzt ist. Die komplexen akustischen Signale können als Energie oder Druck in Dezibel (db) im Verhältnis zur Tonfrequenz (Hz) aufgezeigt und grafisch dargestellt werden. Zum Zweck dieser Erfindung, beinhaltet der hörbare Bereich von Frequenzen, Frequenzen von 20 Hz bis 20 kHz. In bestimmten Ausführungsformen ist der bevorzugte hörbare Ton fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig. Eine Nachschlagetabelle kann vorkalibriert sein, sodass sie eine Vielzahl von bevorzugten Zieltönen bereitstellt, wobei einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder einem Geschwindigkeitsbereich ein eindeutiger Zielton zugeordnet ist. Die Nachschlagetabelle kann in einer Speichervorrichtung einer der Steuerungen gespeichert und durch die Routine 200 abgefragt werden. Alternativ kann der Zielton durch einen ausführbaren Algorithmus oder eine Formel erzeugt werden, der/die den bevorzugten hörbaren Ton in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt/bestimmen.
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Der bevorzugte hörbare Ton ist in die Steuerung des/der Elektromotors/Elektromotoren wie folgt (207) eingebracht. Der bevorzugte hörbare Ton kann als Teil des Ausführens der Steuerung von einem oder beiden der ersten und zweiten Elektromotoren 34, 36 erzielt werden, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen, das auf die Abtriebsdrehmomentanweisung bei der vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit reagiert. Dieses kann das Bestimmen einer oder mehrerer PWM-Frequenzen des Wechselrichters beinhalten, um den Betrieb zu modulieren, um einen Gesamt-Baseline-Breitbandton (208) zu erzeugen und Stromsteuerungen und eine Menge der Stromwelligkeit zu bestimmen, die eine gewünschte unmittelbare Frequenz zum Erzeugen eines komplexen akustischen Signals im Zusammenhang mit dem bevorzugten hörbaren Ton für die vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit (210) veranlasst.
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Das Ausführen der Modulation der PWM-Steuerfrequenz zum Erzielen eines Breitbandbasisgeräusches und zum Ausführen der aktuellen Einspeisung zum Veranlassen der Stromwelligkeit zum Erzielen einer Signalhöhenverschiebung, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist, veranlasst vorzugsweise den bevorzugten hörbaren Ton während des Betriebs des ersten und zweiten Elektromotors 34, 36. Der erste und zweite Elektromotor 34, 36 kann überwacht werden, um zu verifizieren, dass der gewünschte Betrieb erzielt ist (212).
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3 zeigt schematisch, mit weiterer Bezugnahme auf 1, ein Elektromotor-Steuersystem 110 des zweiten Wechselrichtermoduls 35 zur Steuerung des zweiten Elektromotors 36, welches das Ausführen einer Motormodulation beinhalten kann, um ein Breitbandbasisgeräusch zu erzielen und die aktuelle Einspeisung zum Erzielen einer Signalhöhenverschiebung, die vorzugsweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist. Das Elektromotor-Steuersystem 110 kann als Hardware-Komponenten, integrierte Schaltungen, Software-Steuerroutinen und/oder andere Elemente ausgeführt werden, die im zweiten Wechselrichtermodul 35 in bestimmten Ausführungsformen angebracht sind. Alternativ können bestimmte Elemente des Elektromotor-Steuersystems 110 an einer anderen Stelle im Fahrzeug 100 angeordnet sein. Das Elektromotor-Steuersystem 110 beinhaltet eine Steuerung 150 und einen Wechselrichter 120. Die Signaleingänge zur Steuerung 150 beinhalten die Fahrzeugführeranweisungen für das Antriebsdrehmoment und das Bremsdrehmoment 152, die vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit 154, den Motorzustand 156, der entweder ein- oder ausgeschaltet ist, eine Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 36 und der aktuellen Signale jeder Phase 115 des Elektromotors 36.
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Wie dargestellt, ist der Wechselrichter 120 angeordnet, um eine elektrische Steuerung für den Elektromotor 36 bereitzustellen und ist zwischen den Gleichstrom(DC)-Leitungslinien 29 der Gleichstromquelle 25 verbunden. Der Wechselrichter 120 beinhaltet die Schalter 122, 123, 124, 125, 126, 127, wobei jeder Schalter einen Transistor beinhaltet, wie beispielsweise ein IGBT, das parallel mit einer antiparallelen Diode verbunden ist. Die Schalter 122, 123, 124, 125, 126, 127 werden als Reaktion auf die Signale der Steuerung 150 betrieben, die an die Gatter dessen Transistoren geliefert werden, um Spannung an jede Phase 115 des Elektromotors 36 bereitzustellen. Jedes Schaltpaar 122/125, 123/126 und 124/127 bildet einen Phasenschenkel des Wechselrichters 120.
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Eine Geschwindigkeitserfassungsschaltung 160 misst die Rotorposition und Geschwindigkeit des Elektromotors 36 und beinhaltet einen Resolver 162 oder andere Sensorvorrichtungen zur Erfassung von Geschwindigkeit, die mit dem Elektromotor 36 gekoppelt sind, um die Drehposition eines Rotors des Elektromotors 36 zu erfassen und somit eine Geschwindigkeit des Elektromotors 36 zu bestimmen. Die Geschwindigkeitserfassungsschaltung 160 kann auch einen Resolver-zu-Digitalwandler 164 beinhalten oder ein analytisches Schema, das Signale eines Resolvers 162 in digitale Signale (z. B. ein digitales Motordrehzahlsignal und ein digitales Rotor-Winkelpositionssignal) umwandelt. Der Resolver-zu-Digitalwandler 164 stellt die digitalen Darstellungen der Winkelposition und Drehzahl des Rotors des Elektromotors 36 an die Steuerung 150 bereit.
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Die Steuerung 150 beinhaltet ein erstes Drehmomentbefehlsmodul 172, das die Befehlsspannungen 173 als Reaktion auf die Bedieneranweisungen für das Antriebsdrehmoment und das Bremsdrehmoment erzeugt, unter Einbeziehung einer Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 36 und der aktuellen Signale jeder Phase 115 des Elektromotors 36. Dieses kann das Anwenden der Park-Transformation von einem dreiphasigen in ein rotierendes dq-Koordinatensystem beinhalten, um kartesische Gleichstrom-Befehlsspannungen zu erzeugen, die eine d-Achsen-Synchronrahmen-Befehlsspannung und eine q-Achsen-Synchronrahmen-Befehlsspannung beinhalten.
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Die Steuerung 150 beinhaltet ein zweites Drehmomentbefehlsmodul 182, das die zweiten Befehlsspannungen 183 erzeugt, die zu entsprechenden ersten Befehlsspannungen 173 in einem Summierer 174 hinzugefügt werden, der die endgültigen Befehlsspannungen 175 bereitstellt. Die endgültigen Befehlsspannungen 175 werden an ein Transformationsmodul 176 präsentiert, um die dreiphasigen Spannungsbefehle zu erzeugen, die in einem Transformationsmodul 190 zum Erzeugen der Steuerbefehle für die Schalter 122, 123, 124, 125, 126, 127 angewendet werden. Das zweite Drehmomentbefehlsmodul 182 ist konfiguriert, um die zweiten Befehlsspannungen 183 nur dann zu erzeugen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 154 kleiner ist als eine Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise 20 km/h und wenn der Motorzustand 156 ausgeschaltet ist, was anzeigt, dass das Fahrzeug in einem Elektrofahrzeugmodus betrieben ist. Das zweite Drehmomentbefehlsmodul 182 befragt eine Klangspektrum-Kalibrierungstabelle 185, die einen Fahrzeug geschwindigkeitsspezifischen vorbestimmten Motordrehmomentbefehl, vorzugsweise im rotierenden dq-Koordinatensystem, bereitstellt, das den zweiten Elektromotor 36 zum Erzeugen des komplexen akustischen Signals veranlasst, das dem bevorzugten hörbaren Ton zugewiesen ist.
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Als solches kombiniert die Steuerung 150 die ersten Befehlsspannungen 173 und die zweiten Befehlsspannungen 183 unter Verwendung des Summierers 174 zum Bestimmen der endgültigen Befehlsspannungen 175, wenn das zweite Drehmomentbefehlsmodul 182 aktiviert ist. Die endgültigen Befehlsspannungen 175 werden an das Transformationsmodul 176 präsentiert, um die dreiphasigen Spannungsbefehle zu erzeugen, die in dem Transformationsmodul 190 zum Erzeugen der Steuerbefehle für die Schalter 122, 123, 124, 125, 126, 127 angewendet werden. Der Betrieb des zweiten Elektromotors 36 veranlasst den zweiten Elektromotor 36, als Reaktion auf die Steuerbefehle für die Schalter 122, 123, 124, 125, 126, 127, zum Betreiben auf eine Art und Weise, die den bevorzugten hörbaren Ton erzeugt, welcher mit der Klangspektrum-Kalibrierungstabelle 185 zugewiesen ist.
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Die Klangspektrum-Kalibrierungstabelle 185 beinhaltet eine Vielzahl von fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Zieltönen. Eine Nachschlagetabelle kann vorkalibriert sein, sodass sie die Vielzahl von Zieltönen bereitstellt, wobei einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder einem Geschwindigkeitsbereich ein eindeutiger Zielton zugeordnet ist. Die Nachschlagetabelle kann in einer Speichervorrichtung einer der Steuerungen gespeichert und durch die Routine 200 abgefragt werden.
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Die zweiten Befehlsspannungen 183 stellen Betriebssteuerungssignale bereit, die konstruiert sind, um Strom in den Stator zum Erzeugen akustischer Geräusche im Elektromotor, entsprechend einer bevorzugten Oberschwingung, einzuspeisen, die mit dem bevorzugten hörbaren Ton zugewiesen ist.
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4-1 zeigt grafisch ein Beispiel des charakteristischen Betriebs eines Elektromotors, der Antriebsdrehmoment an ein Fahrzeug liefert, einschließlich einer PWM-Schaltfrequenz 405 zur Steuerung des Elektromotors auf der vertikalen Achse in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit 410 auf der horizontalen Achse. Ein positiver linearer Zusammenhang 415 ist dargestellt und zeigt an, dass die PWM-Schaltfrequenz 405 linear zunimmt, um einen Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit 410 zu erzielen.
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4-2 zeigt grafisch einen charakteristischen Betrieb des Elektromotors der 4-1, im Sinne einer ausgewählten Schaltfrequenz und einem zugehörigen Schalldruckpegel (SPL) mit einer PWM-Schaltfrequenz 405, die auf der horizontalen Achse und dem SPL 420, der auf der vertikalen Achse gezeigt ist. Das SPL 420 ist ein logarithmisches Maß des Arbeitsdrucks eines Tons im Verhältnis zu einem Referenzwert und kann in Dezibel (dB) gemessen werden. Wie aufgezeigt, befindet sich das SPL 420 bei einer maximalen Spitzenintensität 425 bei einer gewählten PWM-Schaltfrequenz 407 und befindet sich bei oder nahe Null bei anderen PWM-Schaltfrequenzen 405.
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4-3 zeigt grafisch einen charakteristischen Betrieb des Elektromotors der 4-1, im Sinne einer ausgewählten Schaltfrequenz und einem zugehörigen Schalldruckpegel (SPL) mit einer PWM-Schaltfrequenz 405, die auf der horizontalen Achse und dem SPL 420, der auf der vertikalen Achse gezeigt ist, wobei die Modulation der PWM-Schaltfrequenz 405 zum Erzielen eines Zieltons 427 angewendet ist. Die Modulation beinhaltet einen Frequenzbereich zwischen einer unteren PWM-Schaltfrequenz 403 und einer oberen PWM-Schaltfrequenz 409, vorzugsweise etwa der ausgewählten Schaltfrequenz 407. Wie aufgezeigt, wird ein Zielton 427 mit einem Breitband-Klangspektrum mit dem SPL für den Zielton 427 an oder nahe einer Spitzenintensität über dem Frequenzbereich zwischen den unteren und oberen PWM-Schaltfrequenzen 403, 409 erzeugt. Die Modulation ist eine bewusst angewendete Form von Geräusch, die zum Randomisieren der Quantisierungsfehler angewendet wird und Signale in weißes Rauschen verwischen und somit große Tonmuster, wie durch die Spitzenintensität 425 dargestellt werden kann, verhindert. Der Zielton 427 kann durch das Anwenden der Modulation auf die ausgewählte Schaltfrequenz 407 und das Einspeisen von Strom erzeugt werden. Der Zielton 427 ist mit dem Betrieb eines Elektromotors an einem Fahrzeug zugewiesen, z. B. in Bezug auf die Routine 200 zur Erzeugung des hörbaren Signals im Elektrofahrzeug beschrieben, gezeigt in 2.
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Die hierin beschriebenen Konzepte ermöglichen es mittels Elektromotoren Antriebsstrangtöne zu erzeugen, einschließlich unter Verwendung von tonalen und zufälligen Stromwelligkeits-Einspeisungsstrategien zum Herstellen der gewünschten Breitband- und tonalen Töne. Bestehende fahrzeugeigene Steuerungen können zum Steuern und Beeinträchtigen von Motorgeräuschen angewendet werden. Dieses kann die Charakterisierung eines Tonprofils eines Elektromotors basierend auf der Stromeinspeisung beinhalten und Kalibrierungen zum Abstimmen der Motorsteuerung entwickeln, um die erforderliche gewünschte Signalstärke bei verschiedenen Frequenzen zu erzielen. In bestimmten Ausführungsformen erfolgt ein Breitbandbasisgeräusch in Verbindung mit einer Signalhöhenverschiebung, die ihre Frequenz mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert, durch das Ausführen der Motormodulation zum Erzielen der Breitbandbasisgeräusche und das Ausführen der Stromeinspeisung zum Erzielen der Signalhöhenverschiebung.
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Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Spezialzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Fertigungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungsmitteln zum Implementieren der Funktion oder des Vorgangs, die im Flussdiagramm dargestellt sind.
