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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeugsystem, das Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikations- und Sensorinformationen nutzt, und insbesondere auf ein Fahrzeugsystem zum Identifizieren von Verkehrszeichen und -signalen sowie deren Phasenlage und Zeitsteuerung.
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EINLEITUNG
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Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können.
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Fahrzeugfahrten in Gebieten mit hoher Verkehrsdichte/Zeiten erfordern besondere Aufmerksamkeit des Fahrers hinsichtlich des Verkehrsflusses, der Straßenverhältnisse, der Beschilderung und der Verkehrssignale. Autonome oder halbautonome Steuerungsverfahren, wobei ein Fahrzeug mit Vorrichtungen ausgestattet ist, die in der Lage sind, das Fahrzeug in Bezug auf die Straße und den anderen Verkehr auf der Straße zu lokalisieren, werden eingesetzt, um die Fahrersteuerung des Fahrzeugs zu verstärken oder zu ersetzen. Die autonome oder halbautonome Steuerung eines Fahrzeugs kann Fahrerfehler verringern und Fahrern die Möglichkeit zur Verfügung stellen, die verfügbare Zeit für persönliche und arbeitsbezogene Tätigkeiten auf dem Weg zu nutzen. Eine autonome oder halbautonome Steuerung eines Fahrzeugs kann auch das Fahrzeugmanövrieren optimieren, um eine Reduzierung von Verkehrsstaus, eine reduzierte Fahrzeit und einen verbesserten Kraftstoffverbrauch zu gewährleisten.
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Um die autonome oder teilautonome Steuerung des Fahrzeugs zu verbessern, müssen Informationen über Kreuzungen und Beschilderungen an ein Fahrzeug weitergeleitet werden, damit das Fahrzeug angemessen reagieren kann (z. B. Anhalten an einer roten Ampel). Allerdings erfordern intelligente Infrastruktursysteme an jeder Kreuzung Zeit und Geld für die Implementierung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren beinhaltet die Annäherung mit einem Fahrzeug an den ersten Straßenabschnitt mit einem Referenzziel. Anschließend werden Daten über den ersten Streckenabschnitt sowohl von einem Fahrzeugsensor als auch von einem Infrastruktursignal über das Referenzziel gewonnen. Die Informationen des Fahrzeugsensors werden mit den Informationen des Infrastruktursignals verglichen. Abschließend wird der Fahrzeugsensor auf Basis des Infrastruktursignals kalibriert.
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Ein Fahrzeugsensor-Trainingssystem beinhaltet eine erste Rechenvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, dynamische Daten von einem Host-Fahrzeug zu empfangen. Darüber hinaus ist eine Empfangsvorrichtung konfiguriert, um Echtzeit-Objekt-Identifikationsdaten von einem Referenzziel zu empfangen. Abschließend wird eine zweite Rechenvorrichtung konfiguriert, um die dynamischen Daten der ersten Rechenvorrichtung und die Echtzeit-Objekt-Identifikationsdaten der Empfangsvorrichtung zu erfassen. Die zweite Rechenvorrichtung ist konfiguriert, um einen Fahrzeugsensor mit den Echtzeit-Objekt-Identifikationsdaten zu trainieren.
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Ein Verfahren beinhaltet die Annäherung mit einem Fahrzeug an einen ersten Straßenabschnitt mit einer beschreibenden Beschilderung. Anschließend werden Daten über die beschreibende Beschilderung sowohl von einem fahrzeugseitigen Sensor als auch von einem Infrastruktursignal über die beschreibende Beschilderung gewonnen. Die Informationen des Fahrzeugsensors werden mit den Informationen des Infrastruktursignals verglichen. Abschließend wird der Fahrzeugsensor darauf trainiert, die beschreibende Beschilderung zu identifizieren, wenn er nur mit den Informationen des Fahrzeugsensors versehen wird.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen.
- 1 ist eine schematische Ansicht eines exemplarischen Host-Fahrzeugs, das sich einem Referenzziel gemäß der vorliegenden Offenlegung nähert;
- 2 ist ein Blockdiagramm eines Basis-Hardwaresystems zur Verwendung mit dem Host-Fahrzeug von 1;
- 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Identifizierung von Verkehrszeichen und -signalen und deren Phasenlage und Zeitsteuerung; und
- 4 ist eine weitere schematische Ansicht eines exemplarischen Host-Fahrzeugs, das sich einem Referenzziel gemäß der vorliegenden Offenlegung nähert.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen in irgendeiner Weise einzuschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen. Weitere Richtungen, wie z. B. „oben“, „seitlich“, „rückwärts“, „untere“ und „obere“, werden zu Veranschaulichungszwecken verwendet und sollen, sofern nicht anders angegeben, nicht zur Erfordernis spezifischer Ausrichtungen führen. Diese Richtungen sind lediglich als Referenzrahmen in Bezug auf die Beispiele angegeben, können jedoch in alternativen Anwendungen geändert werden.
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Unter Bezugnahme nun auf 1 ist ein exemplarisches Hardwaresystem 10 für das dynamische Training eines Fahrzeugsensorsystems zum Identifizieren von Verkehrszeichen und -signalen sowie deren Phasenlage und Zeitsteuerung und zum Kalibrieren des Fahrzeugsensorsystems in einem Host-Fahrzeug 12 dargestellt. Das Host-Fahrzeug 12 beinhaltet das System 10 am Fahrzeug, während das Host-Fahrzeug 12 entlang einer Fahrstrecke 14 fährt. Das System 10 ist an die Struktur des Host-Fahrzeugs 12 anzubringen und/oder mit ihr zu integrieren.
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Mit Bezug nun auf 2 beinhaltet das Hardwaresystem 10 einen Fahrzeugsensor 16 (z. B. ein kamerabasiertes Sensorsystem) und eine Steuerung 18. Der Fahrzeugsensor 16 wird zum Identifizieren und Erkennen von signatorischen Objekten, Ampeln und deren Phasen in Bezug auf das Fahrzeug verwendet, um dem Fahrzeug Informationen zum Fahren zur Verfügung zu stellen. Obgleich andere herkömmliche Arten von Sensoren verwendet werden können, ist der Sensor 16 vorzugsweise entweder ein elektromagnetischer Radarsensor, ein Laserradarsensor oder nur ein gepulster Infrarot-Lasersensor. Der Sensor 16 ist vorzugsweise am oder in der Nähe des seitlichen Umfangs des Fahrzeugs 12 angebracht, um so eine optimale Sichtverbindung zu ermöglichen, wenn sich ein Objekt in der Nähe des Fahrzeugumfangs befindet. Obgleich in 1 nur ein Fahrzeugsensor 16 dargestellt ist, ist zu verstehen, dass sich mehrere Sensoren an verschiedenen Punkten entlang des Umfangs des Fahrzeugs 12 befinden können, um so das Erkennen eines Objekts bei Annäherung aus jeder Richtung zu erleichtern.
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Weiter beinhaltet die Steuerung 18 in 2 eine erste Rechenvorrichtung 20, eine Sende-/Empfangs (T/R)-vorrichtung 22 und eine zweite Rechenvorrichtung 24. Die erste Rechenvorrichtung 20 ist zum Verarbeiten von dynamischen Daten 26 für das Fahrzeug vorgesehen. Diese dynamischen Daten 26 können beispielsweise Echtzeitdaten bezüglich des Geschwindigkeitsniveaus, der Beschleunigungsrate, der Gierrate, der Lenkradposition, der Bremsposition, der Drosselklappenstellung und/oder der Getriebestellung des Fahrzeugs beinhalten. Diese Echtzeitdaten werden von verschiedenen Fahrzeugsensoren und/oder - systemen (nicht dargestellt) über elektrische Anschlussverbindungen an die erste Rechenvorrichtung 20 übermittelt.
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Die T/R-Vorrichtung 22 der Steuerung 18 beinhaltet sowohl einen Sender 28 als auch einen Empfänger 30, die elektrisch mit einer richtungsabhängigen Antenne 32 verbunden sind. Der Sender 28 und Empfänger 30 können breitbandige Hochfrequenz-Sender/Empfänger sein, die in der Lage sind, über die Antenne 32 elektromagnetische Hochfrequenz (RF)-Signale über breitbandige Signalfrequenzen zu senden und zu empfangen. Die Richtantenne 32 wird sowohl zum Richten und Senden eines elektromagnetischen Hochfrequenzsignals zum Objekt als auch zum Empfangen eines Signals vom Objekt verwendet. Die Richtantenne 32 erzeugt ein Strahlungsmuster, das auf das Objekt gerichtet ist. Es ist jedoch zu verstehen, dass zwei getrennte Antennen, eine für die gerichtete Übertragung und eine für den Empfang, alternativ anstelle der einzelnen Richtantenne 32 verwendet werden können.
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Die zweite Rechenvorrichtung 24 der Steuerung 18 ist für den Vergleich und die Zusammenstellung der Werte der ersten Rechenvorrichtung 20 und der T/R-Vorrichtung 22 sowie für die Vorhersage der Phasenlage und der Zeitsteuerung der Verkehrssignale vorgesehen. Um einen derartigen Vergleich, Zusammenstellung und Vorhersage zu erleichtern, ist die zweite Rechenvorrichtung 24 elektrisch mit der ersten Rechenvorrichtung 20, sowohl mit dem Sender 28 als auch mit dem Empfänger 30 der T/R-Vorrichtung 22 und mit dem Fahrzeugsensor 16 über entsprechende elektrische Anschlussverbindungen verbunden. Die zweite Rechenvorrichtung 24 kann ihrerseits die vorhergesagte Phasenlage und die vorhergesagte Zeitsteuerung verwenden, um die Zeitsteuerung von Verkehrssignalen in Abwesenheit von V2I-Informationen vorherzusagen, wie im Folgenden näher beschrieben wird. Darüber hinaus kann die zweite Rechenvorrichtung 24 den Sensor auch dynamisch trainieren, um neue Verkehrszeichen zu erkennen, wenn sie angetroffen werden.
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Unter Bezugnahme auf 3 und fortgesetzter Bezugnahme auf 1 kann sich das Host-Fahrzeug 12 gemäß einem Vorgang 100 den für V2I (d. h. Fahrzeug-zu-Infrastruktur) und Sensorsysteme gemeinsamen Referenzobjekten nähern und diese identifizieren. Das Referenzzielobjekt ist in diesem Fall beispielsweise ein Ampelsignalpfosten 36, jedoch sollte verstanden werden, dass es sich bei dem Referenzzielobjekt um jede Art von signalisierendem Zielobjekt handeln kann, wie zum Beispiel Stoppschilder, Vorfahrtsschilder, Baustellenschilder usw.
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In Bezug auf den Ampelsignalpfosten 36 kann ein aktiver Transponder 40 mit Antenne 42 auf dem Ampelsignalpfosten 36 platziert und montiert werden. Der Transponder 40 ist typischerweise eine kleine Mikroprozessorvorrichtung mit einer Empfängerschaltung und einer Senderschaltung, die elektrisch mit der Antenne 42 verbunden ist. Mit Ausnahme der Antenne 42 ist die Mikroprozessorvorrichtung des Transponders 40 in einer kleinen Schutzbox oder einem Container, der am Ampelsignalpfosten 36 montiert ist, untergebracht. Obgleich die Mikroprozessorvorrichtung mit elektrischer Energie betrieben werden kann, die von der gleichen Stromquelle stammt, die auch für die Beleuchtung der Lampe im Ampelsignalpfosten 36 verwendet wird, wird die Mikroprozessorvorrichtung vorzugsweise von wiederaufladbaren Batterien gespeist, die periodisch mit einem externen Energiekollektor wie z. B. einem Solarkollektor geladen werden. Alternativ können die Ampelinformationen auch über andere Kommunikationsmittel (z. B. von einem Cloud-basierten System) empfangen werden.
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Der Vorgang 100 kann entweder mit einer V2I Eingangsauslösung (Schritt 102) oder einer Sensoreingangsauslösung (Schritt 104) beginnen. Im Hinblick auf die V2I-Einleitung kann der Transponder 40 mindestens die Ampelphase und die Zeitinformation zur Verfügung stellen. Der Transponder 40 kann auch Informationen über die Straßenbauarbeiten, die Sperrung der Fahrspur, die Geschwindigkeitsbegrenzung, die Kurvengeschwindigkeit, den Bahnübergang und ähnliches bereitstellen. Insbesondere kann der Transponder 40 sowohl dynamische als auch statische Informationen für die Fahrzeugbewegung entlang der Fahrstrecke 14 bereitstellen. Diese Informationen können über die Antenne 42 an das Host-Fahrzeug 12 am Empfänger 30 der T/R-Vorrichtung 22 übertragen werden. Im Hinblick auf die Sensorauslösung kann der Fahrzeugsensor 16 die Echtzeitposition des Referenzziels (d. h. des Ampelsignalpfostens 36) relativ zum Host-Fahrzeug 12 erfassen, während er gleichzeitig Bilddaten empfängt, die sich auf die Art des zu erfassenden Objekts beziehen (z. B. Ampel, derzeit in der roten Phase). Diese erfassten Echtzeit-Objektdaten werden an die zweite Rechenvorrichtung 24 der Steuerung 18 übermittelt.
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Insbesondere wenn das Host-Fahrzeug 12 der Fahrstrecke 14 folgt und sich dem Ampelsignalpfosten 36 so nähert, dass der Ampelsignalpfosten 36 innerhalb eines vorbestimmten Erfassungsbereichs (z. B. 20 Meter) der Antenne 32 auf dem Host-Fahrzeug 12 liegt, empfängt die Antenne 32 die vom Transponder 40 gesendeten Informationen. Diese Informationen werden von der T/R-Vorrichtung 22 an die zweite Rechenvorrichtung 24 weitergeleitet. Im Allgemeinen werden gleichzeitig relevante dynamische Echtzeit-Fahrzeugdaten 26 von der ersten Rechenvorrichtung 20 an die zweite Rechenvorrichtung 24 übermittelt. Darüber hinaus erfasst der Fahrzeugsensor 16 auf dem Host-Fahrzeug 12 die relative Position des Referenzziels in Bezug auf das Host-Fahrzeug 12 und übermittelt relative Objektpositionsdaten an die zweite Rechenvorrichtung 24 der Steuerung 18.
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Unter Verwendung der Echtzeit-Objektpositionsdaten (d. h. vom Transponder 40), der dynamischen Echtzeit-Fahrzeugdaten 26 und der relativen Objekttyp- und Positionsdaten (d. h. vom Fahrzeugsensor 16) identifiziert die zweite Rechenvorrichtung 24 dann in Schritt 108 die wichtigsten Verkehrssignal- und Verkehrszeicheninformationen. Insbesondere priorisiert das System Informationen, die mit verschiedenen Verfahren empfangen werden (z. B. werden Schilder in der näheren Umgebung höher priorisiert, Sicherheitszeichen haben Vorrang vor denen der Zweckmäßigkeit). Darüber hinaus vergleicht die zweite Rechnervorrichtung 24 in Schritt 110 die empfangenen Daten und bestimmt, welche Art von Daten vorhanden sind (z. B. V2I nur 112, Sensor nur 114, V2I-Eingang und Sensoreingangsdaten 116).
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In Situationen, in denen die zweite Rechenvorrichtung 24 feststellt, dass V2I nur 112 Informationen zur Verfügung stehen (z. B. Sensor ist ausgefallen oder wurde blockiert), geht der Vorgang 100 zu Schritt 116 über und überprüft nur die V2I-Daten, bevor er zu einer relevanten Sicherheitsanwendung in Schritt 118 übergeht. Die Sicherheitsanwendung kann die Benachrichtigung des Fahrers über bevorstehende Verkehrssituationen, das Anhalten des Fahrzeugs, die Alarmierung von Fahrzeugen in der Nähe oder von Fußgängern beinhalten. Der nur V2I-Vorgang sammelt die übermittelten V2I-Informationen zum Erweitern des Systems, wie zum Beispiel die Signaltaktung und die Beschreibung der Kreuzung.
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In Situationen, in denen die zweite Rechenvorrichtung 24 feststellt, dass nur 114 Informationen über den Sensor verfügbar sind (z. B. Kreuzung ist nicht mit V2I ausgestattet), geht der Vorgang 100 zu Schritt 120 über und verwendet verfügbare zusätzliche Daten, um die Kreuzung zu kartieren, bevor er zur entsprechenden Sicherheitsanwendung in Schritt 118 übergeht. Als ein Beispiel kann das System Kartendaten (Straßen- und Kreuzungsgeometrie) aus V2I-Informationen, die von benachbarten, mit V2I ausgestatteten Kreuzungen bereitgestellt werden, aus einem Cloud-basierten System verwenden oder Heuristiken und frühere Fahrdaten von häufigen Routen verwenden, um verbesserte Signalinformationen bereitzustellen. An derartigen Kreuzungen kann der Fahrzeugsensor 16 die Signalphase nur unter Verwendung der Sensorinformationen erkennen und die Signalzeit anhand von Informationen vorhersagen, die an vorhergehenden, mit V2I ausgestatteten Kreuzungen, dem Cloud-basierten System oder Heuristiken und früheren Fahrdaten empfangen wurden. Die zuvor empfangenen Informationen können eine lokalisierte Karte enthalten, um Stoppbalken und Verkehrssignale an nahe gelegenen Kreuzungen besser zu erkennen und die Vorhersage des Zeitverhaltens von Signalen zu verbessern.
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Wenn jedoch sowohl der V2I-Eingang als auch die Sensoreingangsdaten 116 verfügbar sind, geht der Vorgang 100 zu Schritt 122 über und kombiniert die V2I- und Sensorinformationen, um den Sensor zu kalibrieren und zu trainieren. Insbesondere werden bei Auslösung der Kombifunktion verschiedene Eingänge an die zweite Rechenvorrichtung 24 gesendet, um mittels aktueller Signalphasen- und Zeitinformation den Fahrzeugsensor 216 zu kalibrieren. Die bereitgestellten Informationen können auch Signalzeitpunkte und Kreuzungsbeschreibungen für nicht mit V2I ausgestattete Kreuzungen in der Umgebung beinhalten, wie vorstehend beschrieben. Auch hier wird dann in Schritt 118 die entsprechende Sicherheitsanwendung eingeleitet und der Prozess wird beendet. Diese Kombinationsfunktion der V2I- und Sensorinformationen ermöglicht das Erkennen von Ampeln und Schildern bei höheren Geschwindigkeiten und Entfernungen sowie bei schlechter Sicht.
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Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen exemplarischen Szenario im Hinblick auf 1 ist davon auszugehen, dass sich jedes Referenzziel mit einem geeigneten Typ von konventionellen Transpondern, ob aktiv oder passiv, oder herkömmlich, auf einem bestimmten Objekt befinden kann und somit als Mittel zum Identifizieren des Objekts gegenüber einem Host-Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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Darüber hinaus und als sekundäres Beispiel, das in Bezug auf 4 beschrieben wird, kann ein Host-Fahrzeug 212 auf einer Fahrstrecke 214 zu einem stationären Referenzobjekt (z. B. Kurvenschild 236) fahren. Das Kurvenschild 236 kann ein Zeichen dafür sein, dass das Fahrzeug noch nicht angetroffen wurde und noch nicht in die Fahrzeugsysteme einprogrammiert ist. Als solches kann der Fahrzeugsensor 216 das neue Verkehrszeichen erkennen und V2I-Nachrichten oder ein anderes Verfahren (z.B. über V2I-Kommunikationsvorrichtungen, die sich auf anderen Fahrzeugen befinden (nicht dargestellt), ein drahtloses Fernkommunikationssystem 258, ein entferntes Satellitensystem 260 und/oder ein Cloud-basiertes Computersystem 262) verwenden, um das Sensorsystem hinsichtlich der Bedeutung und Behandlung des Verkehrszeichens zu trainieren. Diese Informationen können auf dem Fahrzeug 212 gespeichert oder an eine andere externe Quelle weitergegeben werden. Einmal gespeichert, kann das Verkehrszeichen bei einer späteren Begegnung mit einem anderen ähnlichen Verkehrszeichen (z. B. Zeichen 264 verstanden werden. Dieses On-Board-Training für neue Schilder ermöglicht regionsbasiertes Lernen mit minimaler Vorabspeicherung von Informationen rund um die Beschilderung. Dies ist besonders wichtig in Regionen, die aus Datenschutzgründen keine Konnektivität zulassen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Diese Beschreibung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die sich nicht vom Kern der Offenbarung entfernen, werden somit als im Umfang der Offenbarung befindlich verstanden. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie der Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für verschiedene Anwendungen bereit. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.