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EINFÜHRUNG
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Die in diesem Abschnitt bereitgestellten Informationen dienen dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder sind in dem Ausmaß, in dem sie in diesem Abschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die sich möglicherweise nicht anderweitig als Stand der Technik zum Zeitpunkt des Einreichens qualifizieren, weder ausdrücklich noch impliziert als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zugelassen.
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Im Allgemeinen ist der Luftwiderstand einer der größten Energieverlustfaktoren für alle Fahrzeuge einschließlich PKW, LKW, Flugzeuge und Boote. Jeder Faktor, der den Luftwiderstand eines Fahrzeugs erhöht oder verringert, wird die Reichweite des Fahrzeugs direkt erhöhen und verringern. Dies ist besonders bedeutsam für reine Elektrofahrzeuge und Hybrid-Elektrofahrzeuge, wobei der Luftwiderstand die Entleerung der Batterie erheblich beeinflusst. Um die Reichweite zu erhöhen, umfassen viele Fahrzeuge eine Anzahl von aktiven Vorrichtungen, die eingestellt werden können, um den Luftwiderstand zu verringern. Aufgrund der Komplexität von Luftströmungen, die einem Fahrzeug zugeordnet sind, ist es jedoch schwierig, eine vorfixierte aktive Strömungssteuerungsstrategie unter verschiedenen Fahrbedingungen zu optimieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Steuersystem eines Fahrzeugs bereitzustellen, umfassend: i) eine Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen, die dem Fahrzeug zugeordnet sind; ii) einen Kraftstoffwirtschaftlichkeitssensor, der konfiguriert ist, um eine erste Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung zu bestimmen; und iii) ein Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen, das konfiguriert ist, um eine erste der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen einzustellen und von dem Kraftstoffwirtschaftlichkeitssensor eine zweite Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung zu empfangen. Das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen ist ferner konfiguriert, um in einer an Bord befindlichen Datenbank Zustandsinformationen zu speichern, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, wenn die zweite Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung eine Verbesserung gegenüber der ersten Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung ist.
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In einer Ausführungsform umfasst das Steuersystem ferner einen Fahrzeugstabilitätssensor, der konfiguriert ist, um eine erste Fahrzeugstabilitätsmessung zu bestimmen, wobei das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen, als Reaktion auf die Einstellung der ersten einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtung, von dem Fahrzeugstabilitätssensor eine zweite Fahrzeugstabilitätsmessung empfängt.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen ferner konfiguriert, um in der an Bord befindlichen Datenbank Zustandsinformationen zu speichern, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, wenn die zweite Fahrzeugstabilitätsmessung eine Verbesserung gegenüber der ersten Fahrzeugstabilitätsmessung ist.
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In noch einer anderen Ausführungsform umfasst das Steuersystem ferner einen drahtlosen Transceiver, der mit dem Controller für aerodynamische Vorrichtungen gekoppelt und konfiguriert ist, um mit einer entfernten Cloudspeicherdatenbank über ein Mobilfunknetzwerk zu kommunizieren. Das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen ist ferner konfiguriert, um an die entfernte Cloudspeicherdaten-bank über den drahtlosen Transceiver die Zustandsinformationen zu übertragen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, wenn die zweite Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung eine Verbesserung gegenüber der ersten Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung ist.
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In noch einer anderen Ausführungsform ist das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen ferner konfiguriert, um an die entfernte Cloudspeicherdatenbank über den drahtlosen Transceiver die Zustandsinformationen zu übertragen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, wenn die zweite Fahrzeugstabilitätsmessung eine Verbesserung gegenüber der ersten Fahrzeugstabilitätsmessung ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen ferner: i) ein Steuer- und Koordinationsmodul; und ii) ein selbstlernendes Systemmodul, das mit dem Steuer- und Koordinationsmodul gekoppelt ist und ein tiefes neuronales Netzwerk umfasst. Das Steuer- und Koordinationsmodul umfängt Fahrzeugdaten und Wetterdaten und speichert die Zustandsinformationen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, in der an Bord befindlichen Datenbank.
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In einer noch weiteren Ausführungsform umfassen die Fahrzeugdaten einen Fahrzeuggeschwi nd ig keitswert.
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In einer noch weiteren Ausführungsform umfassen die Fahrzeugdaten GPS-Straßendaten und wobei die GPS-Straßendaten einen Fahrzeugrichtungswert umfassen.
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In einer Ausführungsform umfassen die Fahrzeugdaten Gierdaten, Rolldaten und Neigungsdaten.
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In einer anderen Ausführungsform umfassen die Wetterdaten einen Windgeschwindigkeitswert und einen Windrichtungswert.
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Es ist ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Steuern einer Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen bereitzustellen, die einem Fahrzeug zugeordnet sind. Das Verfahren umfasst: i) einen Kraftstoffwirtschaftlichkeitssensor, der eine erste Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung bestimmt; ii) Einstellen einer ersten der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen; Empfangen von dem Kraftstoffwirtschaftlichkeitssensor einer zweiten Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung; und iv) Speichern in einer an Bord befindlichen Datenbank der Fahrzeugzustandsinformationen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, wenn die zweite Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung eine Verbesserung gegenüber der ersten Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung ist.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: i) in einem Fahrzeugstabilitätssensor, Bestimmen einer ersten Fahrzeugstabilitätsmessung; und ii) als Reaktion auf die Einstellung der ersten einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtung, Empfangen von dem Fahrzeugstabilitätssensor einer zweiten Fahrzeugstabilitätsmessung.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Speichern in der an Bord befindlichen Datenbank von Zustandsinformationen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, wenn die zweite Fahrzeugstabilitätsmessung eine Verbesserung gegenüber der ersten Fahrzeugstabilitätsmessung ist.
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In noch einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Übertragen an die entfernte Cloudspeicherdatenbank über einen drahtlosen Transceiver der Zustandsinformationen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, wenn die zweite Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung eine Verbesserung gegenüber der ersten Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmessung ist.
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In noch einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Übertragen an die entfernte Cloudspeicherdatenbank über den drahtlosen Transceiver der Zustandsinformationen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, wenn die zweite Fahrzeugstabilitätsmessung eine Verbesserung gegenüber der ersten Fahrzeugstabilitätsmessung ist.
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In einer weiteren Ausführungsform werden die Fahrzeugzustandsinformationen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, von einem selbstlernenden Systemmodul durchgeführt, das ein tiefes neuronales Netzwerk umfasst, und das Verfahren umfasst ferner: i) Empfangen von Fahrzeugdaten und Wetterdaten; ii) Speichern der Zustandsinformationen, die Einstellungen der Mehrzahl von einstellbaren aerodynamischen Steuervorrichtungen entsprechen, in der an Bord befindlichen Datenbank.
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In einer noch weiteren Ausführungsform umfassen die Fahrzeugdaten einen Fahrzeuggeschwindigkeitswert.
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In einer noch weiteren Ausführungsform umfassen die Fahrzeugdaten GPS-Straßendaten und wobei die GPS-Straßendaten einen Fahrzeugrichtungswert um-fassen.
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In einer Ausführungsform umfassen die Fahrzeugdaten Gierdaten, Rolldaten und Neigungsdaten.
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In einer anderen Ausführungsform umfassen die Wetterdaten einen Windgeschwindigkeitswert und einen Windrichtungswert.
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Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offensichtlich werden. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind lediglich zur Veranschaulichung gedacht und sind nicht bestimmt, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird vollständiger aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen verstanden werden.
- 1A ist eine Perspektivansicht eines Fahrzeugs, das aktive Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung aufnimmt.
- 1B ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugmotorsystems und beispielhafter aktiver Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
- 2 veranschaulicht ein Beispiel einer aktiven Strömungssteuerung in einem selbstlernenden System, während sich ein Fahrzeug entlang einer Fahrbahn bei variierenden Fahrbedingungen bewegt.
- 3 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen ausführlicher und andere entfernte Infrastrukturkomponenten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des Steuermoduls für aerodynamische Vorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu kennzeichnen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein intelligentes System, das bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und verbesserte Fahrzeugstabilität durch Koordinieren und Steuern von aktiven Vorrichtungen zur Strömungssteuerung an einem Fahrzeug unter verschiedenen Umgebungsbedingungen erreichen kann. Das intelligente System kann selbstlernendes und selbstverbesserndes Verwenden von maschinellem Lernen (z.B. bestärkendes Lernen) basierend auf tatsächlichen Fahrbedingungen sein. Das offenbarte intelligente System verwendet Informationen von telemetrischen und an Bord befindlichen Fahrzeugsensoren, um das intelligente System für bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Fahrzeugstabilität zu trainieren. Unter Verwendung eines derartigen intelligenten Systems arbeiten die aktiven Vorrichtungen zur Strömungssteuerung zusammen und erreichen eine bessere Leistung.
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1A ist eine Perspektivansicht eines Fahrzeugs 100, das aktive Vorrichtungen zur aerodynamischen Steuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung aufnimmt. In der beispielhaften Ausführungsform umfassen die aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Steuerung einen einstellbaren Luftdamm 11 und einen aktiven Kühlergrillverschluss, die an dem vorderen Ende des Fahrzeugs 100 angeordnet sind. Die aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Steuerung umfassen ebenfalls eine Mehrzahl von Radverschlüssen 12 an den Rädern des Fahrzeugs 100, eine Mehrzahl von einsetzbaren seitlichen Verkleidungen 13, mindestens einen aktiven Bodendiffusor 14, einen aktiven Spoiler 15, eine Mehrzahl von einsetzbaren Wirbelgeneratoren 16 und eine Mehrzahl von einsetzbaren oberen Verkleidungen 17. In jedem Fall umfassen die aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Steuerung 11-17 sowohl eine Steuerfläche zum Lenken der Strömung von Luft sowie auch einen oder mehrere Aktuatoren, die das Öffnen oder Schließen einer Steuerfläche steuern und/oder wie weit eine Steuerfläche eingesetzt oder verlängert wird.
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Es wird von Fachleuten verstanden werden, dass die oben beschriebenen aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Steuerung 11-17 lediglich beispielhaft sind und nicht bestimmt sind, eine erschöpfende Liste derartiger aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Steuerung zu sein. In alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 100 andere ähnliche aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Steuerung zusätzlich zu oder anstelle einer oder mehreren der hier beschriebenen aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Steuerung 11-17 umfassen.
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Das Fahrzeug 100 umfasst ferner einen selbstlernenden Controller (und System), der, gekoppelt mit den aktiven Vorrichtungen zur Strömungssteuerung 11-17, eine optimale Fahrzeugleistung hinsichtlich Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Fahrzeugstabilität erreichen kann. Der selbstlernende Controller führt einen Steueralgorithmus zur aktiven Strömungssteuerung aus, der basierend auf einer Datenbank unter Verwendung von Simulationen und eines Tunneltests anfänglich vorkalibriert sein kann. Während tatsächlichen Betriebsbedingungen kann der selbstlernende Controller den Steueralgorithmus basierend auf einem Belohnungssystem für die verbesserte Fahrzeugleistung, die von telemetrischen und an Bord befindlichen Fahrzeugsensoren beurteilt wurde, kontinuierlich verfeinern und aktualisieren. Der selbstlernende Controller bestimmt, welche der aktiven Vorrichtungen 11-17 und um welchen Betrag (z.B. Abstand, offen, geschlossen) einzusetzen sind.
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Der selbstlernende Controller verwendet als Eingaben telemetrische Informationen, wie beispielsweise Wetterbedingungen (z.B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung), geometrische Straßendaten (z.B. X-, Y-, Z-Koordinaten) und Daten oder Informationen von an Bord befindlichen Fahrzeugsensoren. In einer beispielhaften Ausführungsform optimiert der selbstlernende Controller die Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit (oder die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit) und die Fahrzeugstabilität. Der selbstlernende Controller kann die Fahrzeugdaten (Eingaben und Ausgaben) filtern, um Nicht-Luftwiderstand-bezogenes Rauschen zu entfernen, kann die Fahrzeugdaten markieren, um vergleichbare Bedingungen zu kennzeichnen, und kann die Fahrzeugdaten lokal oder entfernt für bestärkendes Lernen durch den selbstlernenden Controller speichern.
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Der selbstlernende Controller kann ein Steuersystem mit geschlossenen Regelkreis umfassen, das die einstellbaren aerodynamische Vorrichtungen 11-17 auf dem Fahrzeug 100 koordiniert, um zusammen eine optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Fahrzeugstabilität zu erreichen. Der selbstlernende Controller bestimmt eine Konfiguration der einstellbaren Vorrichtungen 11-17 basierend auf tatsächlichem Fahren (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeug, Orientierung), Umgebung (z.B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung) und Gelände (z.B. Straßen, Elevation). Der selbstlernende Controller und System kann mit der Zeit durch Benutzen akkumulierten Daten des Fahrzeugs 100 oder einer Gruppe von Fahrzeugen in der Region selbstverbessert werden.
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1B ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugmotorsystems und beispielhafter aktiver Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Während ein Fahrzeugsystem für ein Hybridfahrzeug gezeigt und beschrieben wird, ist die vorliegende Offenbarung ebenfalls auf reine Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge, autonome Fahrzeuge, Nicht-Elektrofahrzeuge und andere Typen von Fahrzeugen anwendbar. Während das Beispiel eines Fahrzeugs bereitgestellt wird, ist die vorliegende Anmeldung ebenfalls auf Nicht-Automobil-Implementierungen, wie beispielsweise Boote und Flugzeuge, anwendbar.
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Ein Motor 102 verbrennt ein Luft/Brennstoff-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Ein Motorsteuermodul (Engine Control Module; ECM) 106 steuert den Motor 102 basierend auf einer oder mehreren Fahrereingaben. Beispielsweise kann das ECM 106 die Betätigung von Motoraktuatoren, wie beispielsweise einer Drosselklappe, einer oder mehreren Zündkerzen, einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Ventilaktuatoren, Nockenwellenverstellern, eines Abgasrückführungs-(EGR)-Ventils, einer oder mehreren Boost-Vorrichtungen und anderen geeigneten Motoraktuatoren steuern.
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Der Motor 102 kann ein Drehmoment an ein Getriebe 110 ausgeben. Ein Getriebesteuermodul (Transmission Control Module; TCM) 114 steuert den Betrieb des Getriebes 110. Beispielsweise kann das TCM 114 die Gangauswahl innerhalb des Getriebes 110 und eine oder mehrere Drehmomentübertragungsvorrichtungen (z.B. einen Drehmomentwandler, eine oder mehrere Kupplungen usw.) steuern.
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Das Fahrzeugsystem kann einen oder mehrere Elektromotoren umfassen. Beispielsweise kann ein Elektromotor 118 innerhalb des Getriebes 110 implementiert sein, wie in dem Beispiel von 1 gezeigt. Ein Elektromotor kann entweder als ein Generator oder als ein Motor zu einem gegebenen Zeitpunkt wirken. Beim Wirken als Generator, wandelt ein Elektromotor mechanische Energie in elektrische Energie um. Die elektrische Energie kann beispielsweise verwendet werden, um eine Batterie 126 über eine Leistungsregelungseinrichtung (Power Control Device; PCD) 130 zu laden. Beim Wirken als Motor erzeugt ein Elektromotor ein Drehmoment, das beispielsweise verwendet werden kann, um das Drehmoment, das von dem Motor 102 ausgegeben wird, zu ergänzen oder zu ersetzen. Während das Beispiel eines Elektromotors bereitgestellt wird, kann das Fahrzeug null oder mehr als einen Elektromotor umfassen.
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Ein Wechselrichter-Steuermodul (Power Inverter Module; PIM) 134 kann den Elektromotor 118 und die PCD 130 steuern. Die PCD 130 legt (z.B. Gleichstrom) Leistung von der Batterie 126 an den (z.B. Wechselstrom) Elektromotor 118 basierend auf Signalen von dem PIM 134 an und die PCD 130 liefert Leistung, die von dem Elektromotor 118 ausgegeben wird, beispielsweise an die Batterie 126. Das PIM 134 kann als ein Wechselrichter-Steuermodul (PIM) in verschiedenen Implementierungen bezeichnet werden.
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Ein Lenksteuermodul 140 steuert das Lenken/Drehen von Rädern des Fahrzeugs beispielsweise basierend auf dem Drehen eines Lenkrad innerhalb des Fahrzeugs durch einen Fahrer und/oder auf Lenkbefehlen von einem oder mehrere Fahrzeugsteuermodulen. Ein Lenkradwinkelsensor (Steering Wheel Angle; SWA) überwacht die Drehposition des Lenkrads und erzeugt einen SWA 142 basierend auf der Position des Lenkrads. Als Beispiel kann das Lenksteuermodul 140 die Fahrzeuglenkung über einen EPS-Motor 144 basierend auf dem SWA 142 steuern. Das Fahrzeug kann jedoch einen anderen Typ von Lenksystem umfassen. Ein elektronisches Bremssteuermodul (Electronic Brake Control Module; EBCM) 150 kann das Bremsen 154 des Fahrzeugs selektiv steuern.
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Module des Fahrzeugs können Parameter über ein Controllerbereichsnetzwerk (Controller Area Network; CAN) 162 gemeinsam nutzen. Das CAN 162 kann ebenfalls als ein Autobereichsnetzwerk (Car Area Network) bezeichnet werden. Beispielsweise kann das CAN 162 einen oder mehrere Datenbusse umfassen. Verschiedene Parameter können durch ein gegebenes Steuermodul anderen Steuermodulen über das CAN 162 verfügbar gemacht werden.
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Die Fahrereingaben können beispielsweise eine Gaspedalposition (Accelerator Pedal Position; APP) 166 umfassen, die dem ECM 106 bereitgestellt werden kann. Eine Bremspedalposition (Brake Pedal Position (BPP) 170 kann dem EBCM 150 bereitgestellt werden. Eine Position 174 eines Park-, Rückwärts-, Neutral-, Antriebshebels (PRNDL) kann dem TCM 114 bereitgestellt werden. Ein Zündungszustand 178 kann einem Karosseriesteuermodul (Body Control Module; BCM) 180 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Zündungszustand 178 von einem Fahrer über einen Zündschlüssel, eine Taste oder einen Schalter eingegeben werden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann der Zündungszustand 178 einer von Aus, Zubehör, An oder Drehen sein.
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Das Fahrzeugsystem umfasst ebenfalls ein Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185, ein Aktuatormodul für aerodynamische Vorrichtungen 190 und einen Mobiltransceiver 194. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 einen selbstlernenden Controller (oder System), der, gekoppelt mit den aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17, die Leistung des Fahrzeugs hinsichtlich Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Fahrzeugstabilität optimiert. Wie nachstehend ausführlicher erläutert, ist das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 konfiguriert, um mit einem Mobilfunknetzwerk über den Mobiltransceiver 194 zu kommunizieren. Des Weiteren kann der Mobiltransceiver 194 eine Mehrzahl von drahtlosen Transceivern umfassen, die konfiguriert sind, um mit einer Mehrzahl von diversen externen Netzwerken und Vorrichtungen zu kommunizieren, die Mobilfunknetzwerke (z.B. 3G-Netzwerke, 4G-Netzwerke, LTE-Netzwerke usw.), BlueTooth-fähige Vorrichtungen, WiFi-Netzwerke und dergleichen umfassen. Daher ist das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 ebenfalls konfiguriert, um mit einer nahegelegenen mobilen Vorrichtung, wie beispielsweise einem Smartphone, über den Mobiltransceiver 194 unter Verwendung einer BlueTooth-Verbindung oder einer WiFi-Verbindung zu kommunizieren.
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Das Aktuatormodul für aerodynamische Vorrichtungen 190 umfasst die elektromechanischen Komponenten, die notwendig sind, um die aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 in die Positionen zu bewegen, die durch das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 bestimmt werden. Diese Komponenten können unter anderem Motoren, Steuerplatinen, hydraulische oder pneumatische Kolben und verschiedene mechanische Kopplungsvorrichtungen umfassen.
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2 veranschaulicht ein Beispiel einer aktiven Strömungssteuerung in einem selbstlernenden System, während sich ein Fahrzeug entlang eine Fahrbahn in variierenden Fahrbedingungen bewegt. In 2 fährt ein Fahrzeug 220 entlang der Fahrbahn 210 von Position A zu Position B und dann zu Position C. Der gestrichelte Pfeil 240 gibt die allgemeine Windrichtung an. Unter der Annahme, dass die Oberseite von 2 Norden ist, bläst der Wind von Norden nach Süden. Bei Position A fährt das Fahrzeug ungefähr nach Nordwesten. Bei Position B fährt das Fahrzeug ungefähr nach Norden. Bei Position C fährt das Fahrzeug ungefähr nach Osten.
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Basierend auf Straßenbedingungen (z.B. Bergauf- und Bergabfahren, Oberflächenglätte, überhöhte Oberfläche usw.) und der Windstärke und Geschwindigkeit, stellt das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 die aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 dynamisch ein, um Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu optimieren und Fahrzeugbewegung zu stabilisieren. Beispielhaft kann bei Position A (Ausrichtung quer und geringfügig in den Wind) das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 den Bodendiffusor 14 und den aktiven Spoiler 15 einsetzen, wobei die Länge des Einsatzes von der Orientierung des Fahrzeugs 220 abhängt. Bei Position B (Ausrichtung in den Wind) kann das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 die Vortexgeneratoren 16 einsetzen, die linksseitigen und rechtsseitigen Verkleidungen 13 einsetzen (Länge basierend auf Geschwindigkeit), den Bodendiffusor 14 und die aktiven Spoiler 15 einsetzen und kann den aktiven Kühlergrillverschluss 11 schließen. Bei Position C (Ausrichtung quer zum Wind) kann das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 die linke und rechte Seitenverkleidung 13 einziehen und kann die Radverschlüsse 12 öffnen. Bei einer jeden von Positionen A, B und C aktiviert das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 die optimale Kombination von aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17, die durch ihr selbstlernendes Modul gekennzeichnet werden, gemäß der aktuellen Fahrsituation, wie beispielsweise Fahrzeugorientierung und Windbedingung.
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3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ausführlicher das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 und andere entfernten Infrastrukturkomponenten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 umfasst ein Steuer- und Koordinationsmodul 310 und ein selbstlernendes Systemmodul 320. Das selbstlernende Systemmodul 320 umfasst Zustandsinformationen 321 und ein tiefes neuronales Netzwerk (Deep Neural Network; DNN). Das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 empfängt als Eingaben Straßen-GPS-Daten 331, die Daten der Inertialbewegungseinheit (Inertial Movement Unit; IMU) 332 für die Fahrzeugposition (z.B. Roll-, Neigungs-, Gierdaten), Wetterdaten 333, Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten 334 und V2X-Daten (Vehicle-to-Infrastructure Communication; V2X), die Daten (z.B. Verkehr) umfassen, die von Fahrzeug-zu-Mobilnetzwerk Infrastruktur Kommunikationen und Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationen empfangen werden. Das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 empfängt ebenfalls Daten von dem Fahrzeugstabilitätssensormodul 340 und dem Kraftstoffwirtschaftlichkeitssensormodul 345. Daten von dem Fahrzeugstabilitätssensormodul 340 können die Daten der Inertialbewegungseinheit (Inertial Movement Unit; IMU) 332 umfassen.
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Das Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 speichert Daten in einer an Bord befindlichen Datenbank (OB DB) 350 und ruft Daten aus dieser ab. Ein Mobiltransceiver (XCVR) 194 stellt bidirektionale Kommunikationen zwischen dem Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 und einem externen Internet-Protocol-(IP)-Netzwerk 360 bereit. Beispielhaft, jedoch nicht einschränkend, kann der Mobiltransceiver 194 ein Mobilfunktransceiver sein, der mit dem IP-Netzwerk 360 kommuniziert, um auf den Server 380 zuzugreifen und Daten in einer Cloudspeicherdatenbank 370 oder eine Datenbank für ein „anderes Fahrzeug“ 375 zu speichern oder aus dieser abzurufen. Die Daten in der andere Fahrzeugdatenbank 375 können beispielsweise die V2X-Daten 335 umfassen. Die Daten in der Cloudspeicherdatenbank 370 können beispielsweise die Wetterdaten 333 (Wind, Temperatur, Niederschlag usw.), die Straßen-GPS-Daten 331 oder andere Informationen (z.B. Verkehr) umfassen.
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Zusammen umfassen das Steuer- und Koordinationsmodul 310, das selbstlernende Systemmodul 320 und der Server 380 einen selbstlernen Controller, der den durch das Steuer- und Koordinationsmodul 310 ausgeführten Steueralgorithmus basierend auf einem Belohnungssystem für verbesserte Fahrzeugleistung basierend auf den telemetrischen und an Bord befindlichen Fahrzeugsensoren kontinuierlich verfeinert und aktualisiert. Der selbstlernende Controller bestimmt, welche der aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 und um welchen Betrag (z.B. Abstand, geöffnet, geschlossen) einzusetzen sind.
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Der selbstlernende Controller umfasst ein Steuersystem mit geschlossenem Regelkreis, das die Vorrichtungen zur einstellbaren aktiven aerodynamischen Strömungssteuerung 1117 auf dem Fahrzeug 100 koordiniert, um eine optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Fahrzeugstabilität basierend auf Daten zu erreichen, die von Kraftstoffwirtschaftlichkeitssensor 345 und Fahrzeugstabilitätssensor 340 empfangen werden. Das Steuer- und Koordinationsmodul 310 und der selbstlernende Systemmodul 320 bestimmen eine Konfiguration der aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 basierend auf tatsächlichem Fahren (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeug, Orientierung), tatsächlicher Umgebung (z.B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung) und tatsächlichem Gelände (z.B. Straßen, Elevation). Die Zustandsinformationen 321 wird kontinuierlich im Laufe der Zeit aktualisiert, bis ein optimaler Punkt identifiziert ist. Dies kann beispielsweise durch Verwenden kleiner Störungen getan werden, um einen lokalen optimalen Punkt zu finden. Für einen gegebenen Satz von Umgebungs-, Gelände- und Fahrbedingungen können die Konfiguration oder Einstellungen der aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 in einer an Bord befindlichen Datenbank 350 aufgezeichnet und ebenfalls an die Cloudspeicherung 370 durch den Mobiltransceiver 194 und das IP-Netzwerk 360 weitergeleitet werden. Wenn der gleiche (oder sehr ähnliche) Satz von Umgebungs-, Gelände- und Fahrbedingungen erneut angetroffen wird, kann das Steuer- und Koordinationsmodul 310 die Konfiguration der aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 aus einer an Bord befindlichen Datenbank 350 abrufen und die aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 demgemäß aktivieren. Somit kann der selbstlernende Controller und System im Laufe der Zeit unter Verwendung der akkumulierten Daten des Fahrzeugs 100 in der an Bord befindlichen Speicherungsdatenbank 350 und/oder Daten in der anderen Fahrzeugdatenbank 375 für eine Gruppe von Fahrzeugen in der Region selbstverbessert werden.
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4 ist ein Ablaufdiagramm 400, das den Betrieb des Steuermoduls für die aerodynamischen Vorrichtungen 185 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung veranschaulicht. Bei 405 empfängt das Steuer- und Koordinationsmodul 310 in dem Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185 aktuelle Informationen für Wetter, Straße, Gelände, Verkehr, Geschwindigkeit, Richtung, Stabilität und dergleichen von Fahrzeugsensoren und von den V2X-Daten. Bei 410 kann das Steuer- und Koordinationsmodul 310 einen oder mehrere der aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 bei verschiedenen Einstellungen einstellen. Das Steuer- und Koordinationsmodul 310 aktualisiert demgemäß die Zustandsinformationen 321 mit den neuen Einstellungen.
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Bei 415 empfängt das Steuer- und Koordinationsmodul 310 Rückkopplungsinformationen von dem Kraftstoffwirtschaftlichkeitssensor 345 und dem Fahrzeugstabilitätssensor 340 und bestimmt die aktualisierte beobachtete Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Fahrzeugstabilität. Wenn verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder Fahrzeugstabilität beobachtet wird, wird dies als eine Belohnung von dem tiefen neuronalen Netzwerk (DNN) in dem selbstlernenden Systemmodul 320 interpretiert und das Steuer- und Koordinationsmodul 310 aktualisiert demgemäß die Zustandsinformationen 321 mit der verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder Fahrzeugstabilität.
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Bei 420 kann das Steuer- und Koordinationsmodul 310 bestimmen, ob eine weitere Verbesserung möglich ist, indem kleine Einstellungen (z.B. Störungen) an den Einstellungen der Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 gemacht werden. Das Steuer- und Koordinationsmodul 310 wird erneut Rückkopplungsinformationen von dem Kraftstoffwirtschaftlichkeitssensor 345 und dem Fahrzeugstabilitätssensor 340 empfangen und wird bestimmen, wenn es eine Verbesserung in der aktualisierten beobachteten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder Fahrzeugstabilität gibt. Wenn Ja bei 420, dann wird das Steuer- und Koordinationsmodul 310 fortfahren, kleine Einstellungen (z.B. Störungen) an den Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 zu machen, und fortfahren bei 415 und 415 zu bestimmen, ob es eine Verbesserung in der aktualisierten beobachteten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder Fahrzeugstabilität gibt.
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Wenn keine weitere Verbesserung in der beobachteten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder Fahrzeugstabilität beobachtet wird, dann wird bei 425 das Steuer- und Koordinationsmodul 310 die AI-Zustandsinformationen 321 und andere Fahrzeugdaten, die der optimalen Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder Fahrzeugstabilität entsprechen, in der an Bord befindlichen Datenbank 350 aufzeichnen. Optional kann bei 430 das Steuer- und Koordinationsmodul 310 die AI-Zustandsinformationen 321 und andere Fahrzeugdaten ebenfalls in der Cloudspeicherdatenbank 370 aufzeichnen. Danach ruft für einen gegebenen Satz von aktuellen Straßenbedingungen und aktuellen Wetterbedingungen das Steuer- und Koordinationsmodul 310 aus der an Bord befindlichen Datenbank 350 die gespeicherten Einstellungen für eine oder mehrere der aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 basierend auf dem entsprechenden (oder am nächsten passenden) Satz von gespeicherten Stra-ßenbedingungen und Wetterbedingungen in der an Bord befindlichen Datenbank 350 ab. Dies ermöglicht dem Steuermodul für aerodynamische Vorrichtungen 185, die aktiven Vorrichtungen zur aerodynamischen Strömungssteuerung 11-17 schnell auf die optimalen Einstellungen für die aktuellen Straßenbedingungen und aktuellen Wetterbedingungen einzustellen.
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Die vorstehende Beschreibung weist lediglich veranschaulichenden Charakter auf und ist in keiner Weise bestimmt, die Offenlegung, ihre Anwendung oder Verwendungen einzuschränken. Die weit gefassten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Daher sollte, obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele umfasst, der wahre Umfang der Offenbarung nicht so begrenzt sein, da andere Modifikationen nach einer Studie der Figuren, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offenbar werden. Es sei zu verstehen, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder nebenläufig) ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obwohl jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wird, bestimmte Merkmale aufzuweisen, kann jedes oder mehrere dieser beschriebenen Merkmale in Bezug auf eine Ausführungsform der Offenbarung in Merkmale einer der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit diesen kombiniert werden, sogar wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten schließen sich die beschriebenen Ausführungsformen nicht gegenseitig aus, und die Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen untereinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
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Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z.B. zwischen Modulen, Schaltelementen, Halbleiterschichten usw.) werden unter Verwendung verschiedener Begriffe beschrieben, darunter „verbunden“, „eingerastet“, „gekoppelt“, „benachbart“, „angrenzend“, „neben“, „oben“, „auf“, „unten“ und „angeordnet“. Sofern nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben, kann diese Beziehung, wenn eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der obigen Offenbarung beschrieben wird, eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen intervenierenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, sondern kann ebenfalls eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere intervenierende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind. Wie hier verwendet, sollte die Phrase mindestens eines von A, B und C so ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen ODERs bedeutet, und nicht ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
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In den Figuren zeigt die Richtung eines Pfeils, wie durch die Pfeilspitze angegeben, im Allgemeinen den Informationsfluss (wie beispielsweise Daten oder Anweisungen), der für die Veranschaulichung von Interesse ist. Wenn beispielsweise Element A und Element B eine Vielfalt von Informationen austauschen, jedoch In-formationen, die von Element A an Element B übertragen werden, für die Veranschaulichung relevant sind, kann der Pfeil von Element A zu Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil bedeutet nicht, dass keine weiteren Informationen von Element B an Element A übertragen werden. Außerdem kann Element B für Informationen, die von Element A an Element B gesendet werden, Anfragen oder Empfangsbestätigungen für die Informationen an Element A senden.
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In dieser Anwendung kann, einschließlich der nachstehenden Definitionen, der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. „Der Begriff „Modul“ kann sich beziehen auf, Teil davon sein oder umfassen: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit; ASIC); eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; eine feldprogrammierbare Gateanordnung (Field Programmable Gate Array; FPGA); eine Prozessorsteuerung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die einen Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die einen Code speichert, der von der Prozessorsteuerung ausgeführt wird; andere geeignete Hardwarekomponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten Komponenten, wie beispielsweise in einem System-on-Chip.
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Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen umfassen. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen umfassen, die mit einem Lokalbereichsnetzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitbereichsnetzwerk (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität eines bestimmten Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt werden, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. So können beispielsweise mehrere Module einen Lastenausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server (auch als Remote- oder Cloud-Modul bezeichnet) eine bestimmte Funktionalität im Namen eines Client-Moduls ausführen.
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Der Begriff Code, wie oben verwendet, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode umfassen und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code aus mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessor-schaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen einen Teil oder den gesamten Code von einem oder mehreren Modulen ausführt. Verweise auf Mehrfachprozessorschaltungen umfassen Mehrfachprozessorschaltungen auf diskreten Dies, Mehrfachprozessorschaltungen auf einem einzelnen Die, Mehrfachkerne einer einzelnen Prozessorschaltung, Mehrfach-Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination aus den obigen. Der Begriff gemeinsam genutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code aus mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern einen Teil oder den gesamten Code aus einem oder mehreren Modulen speichert.
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Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der hier verwendete Begriff computerlesbares Medium umfasst nicht flüchtige elektrische oder elektromagnetische Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten (wie beispielsweise auf einer Trägerwelle); der Begriff computerlesbares Medium kann daher als greifbar und nicht flüchtig angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nichtflüchtiges, greifbares, computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie beispielsweise eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbare Nur-Lese-Speicherschaltung oder eine Masken-Nur-Lese-Speicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie beispielsweise eine statische Direktzugriffsspeicherschaltung oder eine dynamische Direktzugriffsspeicherschaltung), magnetische Speichermedien (wie beispielsweise ein analoges oder digitales Magnetband oder eine Festplatte) und optische Speichermedien (wie beispielsweise eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
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Die in dieser Anwendung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig von einem Spezialzweckcomputer implementiert werden, der durch Konfiguration eines Universalcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen, die in Computerprogrammen enthalten sind, erzeugt wurde. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Flussdiagrammkomponenten und andere oben beschriebene Elemente dienen als Softwarespezifikation, die durch die Routinearbeit eines sachkundigen Fachmanns oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
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Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nichtflüchtigen, greifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten oder sich auf diese stützen. Die Computerprogramme können ein Basis-Eingabe/Ausgabesystem (Basic Input/ Output System; BIOS), das mit der Hardware des Spezialzweckcomputers wechselwirkt, Gerätetreiber, die mit bestimmten Geräten des Spezialzweckcomputers wechselwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
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Die Computerprogramme können umfassen: (i) beschreibenden Text, der analysiert werden soll, wie beispielsweise HTML (Hypertext-Markup-Sprache), XML (erweiterbare Markup-Sprache) oder JSON (JavaScript Object Notation) (ii) Assembler-Code, (iii) Objektcode, der aus dem Quellcode eines Compilers erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-time-Compiler usw. Der Quellcode kann lediglich als Beispiel mit Syntax aus Sprachen wie C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5th Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP): Hypertext-Präprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Rubin, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben werden.