DE102007019732A1 - Verfahren zur Kalibrierung von analog angesteuerten hydraulischen Trennventilen - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren der Druck-/Öffnungsstrom-Charakteristik eines analogisierten oder analog angesteuerten hydraulischen Trennventils eines geregelten Bremsensystems für Kraftfahrzeuge, bei dem ein mit Hilfe eines pedalbetätigbaren Bremsdruckgebers erzeugter Bremsdruck mit nachgeschaltetem Hauptzylinder über ein Trennventil und über ein Einlassventil zu einer Radbremse gelangt und über ein Auslassventil aus der Radbremse in einen Niederdruckspeicher leitbar ist, wobei die Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren ermittelbar ist. Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Öffnen des zu kalibrierenden Trennventils (1, 2) durch eine mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren (23, 24) ermittelten Änderung der Verzögerung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren der Druck-/Öffnungsstrom-Charakteristik eines analogisierten oder analog angesteuerten hydraulischen Trennventils eines geregelten Bremsensystems für Kraftfahrzeuge, bei dem ein mit Hilfe eines pedalbetätigbaren Bremsdruckgebers erzeugter Bremsdruck mit nachgeschaltetem Hauptzylinder über ein Trennventil und über ein Einlassventil zu einer Radbremse gelangt und über ein Auslassventil aus der Radbremse) in einen Niederdruckspeicher leitbar ist, wobei die Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren ermittelbar ist.
- In der Weiterentwicklung von Bremssystemen mit Blockierschutzregelungen ABS oder elektronischen Stabilitätsprogrammen ESP werden vermehrt analogisierte Ventile zur Regelung der Hydraulikflüssigkeit eingesetzt, die sogenannten AD-Ventile. Der Strom bei dem das AD-Ventil öffnet, ist jedoch stark von der am Ventil anliegenden Druckdifferenz abhängig. Um die AD-Ventile regeln zu können, ist es notwendig, diesen Stromwert, der hier weiterhin als "Öffnungspunkt" bezeichnet wird, zu kennen.
- Der Öffnungspunkt ist weiterhin von Fertigungstoleranzen und vom Verschleiß des Ventils und anderer Bauteile des Bremsensystems abhängig. Daher ist während des Betriebs des Kraftfahrzeugs eine Anpassung der Hydraulik an den Regler notwendig. Die Öffnungspunkte müssen in dem Regler abgelegt werden.
- Um Ventile analog mit einer hinreichenden Genauigkeit zu betreiben ist es erforderlich, die Öffnungscharakteristik zu kennen. Die Herstellung der AD-Ventile so zu gestalten, dass jedes Ventil identische Kennlinien (z.B. Strom-Druck-Kennlinie) aufzeigt, ist toleranzbedingt nicht möglich, bzw. stellt einen nicht vertretbaren Aufwand dar. Selbst wenn dies möglich wäre, stellt die Veränderung über die Lebensdauer ein weiteres Problem dar. Jedes Ventil einzeln zu kalibrieren, ist ein sehr hoher zeitlicher Aufwand in der Produktion und steigert die Kosten erheblich. Ohne aber die Ventile mit einer entsprechenden Genauigkeit betreiben zu können, sinkt der funktionale Nutzen. Vorbekannte Überlegungen zielten in Richtung „Stromrampen", die eine Druckdynamik erzeugen sollten. Diese Verfahren wurden durch die schlechte zeitliche Zuordnung von Strom und Druckwerten ungenau.
- Aus der
DE 102 21 456 A1 ist ein Verfahren zum Kalibrieren der Druck-/Öffnungsstrom-Charakteristik eines analogisierten Hydraulikventils bekannt. Bei dem vorbekannten Verfahren wird in einem Diagnose- oder Kalibriervorgang mit einer Prüfstange, die an den Bremsdruckgeber angelegt wird, Bremsdruck in dem Bremsensystem und einer Radbremse hervorgerufen. Durch Öffnen des Auslassventils wird Druckmittel aus der Radbremse in den Niederdruckspeicher abgeleitet und der Druck im Bremsensystem abgebaut. Anschließend wird bei dem vorbekannten Verfahren das Einlassventil geschlossen und das Druckmittel wird durch Ansteuern hydraulischen Pumpe zurückgefördert. Dabei wird der von der Ansteuerung der Pumpe abhängige Druck im Bremsensystem oder die Druckdifferenz über dem zu kalibrierenden Hydraulikventil gemessen oder geschätzt und das zu kalibrierende Hydraulikventil durch rampenförmige oder stufenförmige Änderung des Ventilstromes umgeschaltet. Der zu Beginn des Umschaltvorgangs, d.h. zu Beginn des Öffnens oder Schließens des Ventils fließende Ventilerregerstrom wird dabei ermittelt. Die zeitliche Zuordnung von Strom und Druckwerten ist dabei sehr ungenau. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Kalibrieren von analogisierten Trennventilen, zu entwickeln, das zuverlässig, onboard, selbsttätig und unabhängig vom Fahrzeugführer arbeitet.
- Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass das Öffnen des zu kalibrierenden Trennventils durch eine mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren ermittelten Änderung der Verzögerung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- – Schließen des zu kalibrierenden Trennventils während einer Druckabbauphase und Zuführen eines vorab definierten Ventilstromes Ihalt;
- – Ermitteln der Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren;
- – Reduzieren des Ventilstromes IHalt des zu kalib rierenden Trennventils und
- – Ermitteln der Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren.
- Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dass ein Vergleich der Verzögerungswerte des Kraftfahrzeugs dahingehend ausgewertet wird, ob das zu kalibrierenden Trennventils vor dem Öffnen geschlossen war.
- Bei einer weiteren, vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das erste Ermitteln der Verzögerung des Kraftfahrzeugs durch ein Zeitintervall vom zweiten Ermitteln der Verzögerung des Kraftfahrzeugs getrennt. Dabei beträgt das Zeitintervall 0 ms bis 300 ms.
- Der Ventilstrom IHalt wird als Punkt einer Druck-Öffnungsstrom-Charakteristik gespeichert.
- Das Verfahren wird abgebrochen, wenn ein Schaltvorgang des Getriebes des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird oder wenn ein Verzögerungs- oder Beschleunigungsbefehl ermittelt wird.
- Dabei werden die Abbruchkriterien mit Hilfe einer Überwachung der Drehzahl des Antriebsmotors vorgenommen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 einen Schaltplan einer Bremsvorrichtung mit analog ansteuerbaren Ventilen, an der das vorliegende Verfahren durchführbar ist; -
2 ein Diagramm, das den Trennventilstrom I, die Fahrzeugverzögerung und den hydraulischen Druck pRad in der Radbremse im zeitlichen Verlauf darstellt und -
3 ein Diagramm, das den Trennventilstrom I über der hydraulischen Druckänderung Δp darstellt. - Ein Schaltplan der Fahrzeugbremsanlage, an der das vorliegende Verfahren durchführbar ist, ist in
1 dargestellt. Die Fahrzeugbremsanlage weist hydraulisch betätigbare Radbremsen FL, FR, RR, RL an allen vier Fahrzeugrädern auf. Die Bezeichnung FL steht dabei für den englischen Begriff "Front-Left", mit welcher die Radbremse vorne links bezeichnet wird. Gleiches gilt entsprechend für die Radbremse vorne rechts und für die Radbremsen an der Hinterachse. Die hydraulisch betätigbaren Radbremsen FL, FR, RR, RL werden mit Hilfe eines pedalbetätigten Druckgebers14 , der als Vakuum-Bremskraftverstärker ausgebildet ist und dem ein Hauptzylinder21 nachgeschaltet ist, mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagt. Zur Beaufschlagung der hydraulischen Radbremsen FL, FR, RR, RL mit einem Druck sind die hydraulisch betätigbaren Radbremsen FL, FR, RR, RL unter Zwischenschaltung von Einlassventilen3 ,4 ,5 ,6 über eine Hydraulikleitung17 ,18 mit dem Hauptzylinder21 verbunden. Bei einem Druckabbau wird das eingesteuerte Druckmittel über Auslassventile9 ,10 ,11 ,12 in zwei Niederdruckspeicher19 ,20 abgelassen. Zur Ermittlung des eingesteuerten hydraulischen Drucks ist ein Drucksensor13 in der vom Hauptzylinder21 ausgehenden hydraulischen Leitung17 vorgesehen. - Ausgehend vom pedalbetätigbaren Druckgeber
14 mit nachgeschaltetem Hauptbremszylinder21 sind stromabwärts jedem der beiden hydraulischen Bremskreise ein Trennventil1 ,2 und ein elektrisches Umschaltventil7 ,8 zugeordnet. Die Trennventile1 ,2 sind analog regelbare stromlos offene SO-Ventile und werden für alle Regelungen während eines aktiven Druckaufbaus durch eine hydraulische Pumpe16 ,16' benötigt. Die Trennventile1 ,2 werden in diesen aktiven Druckaufbauphasen durch die hydraulische Pumpen16 ,16' geschlossen, damit der Druckaufbau nicht in den Hauptbremszylinder21 eingesteuert wird. Das elektrische Umschaltventil7 ,8 – kurz auch EUV genannt – ist ein stromlos geschlossenes SG-Ventil, das eine Verbindung zwischen dem Hauptzylinder21 und der Saugseite der Pumpe22 herstellt oder unterbricht. Im angesteuerten Zustand ist das elektrische Umschaltventil7 ,8 offen und die Pumpe16 ,16' kann Bremsflüssigkeit aus dem Hauptzylinder21 ansaugen und beispielsweise für eine Antriebsschlupfregelung zur Verfügung stellen. - Für das vorliegende Verfahren sind nur die analogisierten Trennventile
1 und2 von Belang. Durch das vorliegende Verfahren wird es möglich, diese AD-Ventile auf einfache Weise zu kalibrieren. Das vorliegende Verfahren wird während des Betriebes im öffentlichen Straßenverkehr durchgeführt. - Der Kalibriervorgang kann nur dann im Fahrbetrieb realisiert werden, wenn der Vorgang vom Fahrzeugführer unbemerkt durchgeführt wird. Der Kalibriervorgang darf daher nur vergleichsweise geringe Effekte am Fahrzeug hervorrufen. Grundlage des vorliegenden Verfahrens ist die Überlegung, dass sich eine sehr geringe Fahrzeugreaktion nur dann de tektieren lässt, wenn man eine Überwachung über einen längeren Zeitraum vornimmt, bei der möglichst konstante Verhältnisse herrschen.
- Die dem vorliegenden Verfahren zu Grunde liegende Idee ist, dass das Öffnen des zu kalibrierenden Trennventils
1 ,2 durch eine Verzögerungsänderung des Kraftfahrzeugs erkannt wird. Diese Verzögerungsänderung wird mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren23 ,24 ermittelt. Gestartet wird das Kalibrierverfahren, wenn der Fahrzeugführer bei einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 30km/h das Bremspedal betätigt und der Drucksensor13 einen Druckwert zwischen 5 und 20bar anzeigt. Bevorzugt wird die das Verfahren gestartet, wenn der Drucksensor13 einen negativen Druckgradienten zeigt, das heißt, dass der Fahrzeugführer das Bremspedal löst und dass eine Druckabbauphase stattfindet. - Es kann jeweils nur ein AD-Ventil gleichzeitig kalibriert werden. Deshalb wird im Folgenden beispielhaft die Kalibrierung des Trennventils
1 des Bremskreises I näher erläutert. In der eben beschriebenen Druckabbauphase wird das zu kalibrierende Ventil, also das Trennventil1 , geschlossen, indem dem Trennventil1 ein Ventilstrom IHalt zugeführt wird. Danach wird die Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren23 ,24 ermittelt. Anschließend wird der dem Trennventil1 zugeführte Ventilstrom Malt reduziert und die Verzögerung des Kraftfahrzeugs erneut mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren23 ,24 ermittelt. Der Vergleich der beiden Verzögerungswerte wird dahingehend ausgewertet, dass festgestellt wird, ob das zu kalibrierende Trennventil1 vor der Reduzierung des Ventilstroms geschlossen war. Dieses Vorgehen wird anhand von2 nochmals näher erläutert. -
2 zeigt ein Diagramm, das auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate den Ventilstrom, der dem Trennventil1 zugeführt wird, die Verzögerung des Kraftfahrzeugs, das mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren23 ,24 ermittelt wird und den Druckwert des Hauptzylinders21 , der vom Drucksensors13 ermittelt wird. Zum besseren Verständnis ist außerdem der hydraulische Druck in der Radbremse FL und FR dargestellt, der bei der anhand von1 beschriebenen Bremsanlage nicht ermittelbar ist, weil außer dem bereits erwähnten Drucksensor13 kein weiterer Drucksensor vorgesehen ist. Der dem Trennventil1 zugeführte Ventilstrom ist mit dem Bezugszeichen25 bezeichnet, die Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit26 , eine Nulllinie, die eine druckfreie Verzögerung darstellt, mit27 und der Druckwert P_Thz des Hauptzylinders21 mit29 und den anfänglich deckungsgleich verlaufenden Druckwert P_Rad in den Radbremsen FL, FR mit28 . - Sind die oben genannten Bedingungen erfüllt, wird beim erstmaligen durchführen des vorliegenden Verfahrens der Trennventilstrom so eingestellt, dass die unterste Toleranzlage des Trennventils
1 gerade unterschritten wird. Das heißt, das Trennventil1 schließt gerade noch nicht. Der Ventilstrom wird auf einen Haltestrom eingestellt, der einer Druckdifferenz von Δp = 6bar entspricht und geschaltet, wenn der Druck P_Thz des Hauptzylinders21 nahe an dem Druckwert ist, der dem Haltestrom entspricht. Beim weiteren Lösen des Bremspedals wird der Ventilstrom dann konstant gehalten, wie es die Position31 bezeichnet. Um ein sicheres Schließen des Trennventils1 zu garantieren, ist es erforderlich einen Zusatzschließstrom für einen kurzen Zeitraum von 5 bis 30ms am Anfang des Haltestroms auf das Trennventil1 zu geben. Dies bewirkt einen sogenannten Schließpuls30 . Die über den Lösevorgang hinaus gehende Zeit T1, wird zur Beobachtung der Verzögerung des Kraftfahrzeugs genutzt und liegt im Bereich von 20 bis 500ms. Der eben beschriebene Haltestrom IHalt bewirkt ein Aufrechterhalten eines Druckes in den Radbremsen FL und FR, wie es bei Position32 dargestellt ist, und dementsprechend eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs. Anschließend wird der dem Trennventil1 zugeführte Ventilstrom auf Null reduziert (Position33 ). Daran anschließend beginnt der zweite Überwachungszeitraum T2 der Fahrzeugverzögerung, dessen Länge dem ersten Zeitintervall T1 entspricht. Das erste Zeitintervall T1 wird durch eine Pause vom zweiten Zeitintervall T2 getrennt. Die Länge der Pause kann von 0-300ms dauern und dient zur klaren Trennung zwischen den Ermittlungen der Fahrzeugverzögerung. Die Zeitintervalle T1, T2 sind so zu wählen, dass der Fahrzeugführer nicht während der Überwachungszeit auf das Gaspedal wechseln kann. Ansteigende Motorlast (abweichend vom Schleppmoment) bricht das Verfahren ab. Außerdem wird das Verfahren abgebrochen, wenn in dem relevanten Bereich ein Schaltvorgang des Getriebes stattfindet. Feststellen lässt sich dies durch geeignete Signale auf dem Fahrzeug-Datenbus CAN oder mittels Überwachung der Motordrehzahl. - Die Verzögerungen des Kraftfahrzeugs in den beiden zwei Zeitintervallen werden anschließend im Rahmen einer Auswertung miteinander verglichen. Ist die Verzögerung des ersten Zeitintervalls T1, bei dem das Trennventil bestromt wurde, größer als die Verzögerung des zweiten Zeitintervalls T2 kann davon ausgegangen werden, dass das Trennventil
1 vor dem Öffnen geschlossen war und den eingestellten Druck auch gehalten hat. Somit ist der "6bar Punkt" der Kennlinie gefunden. Der zu beobachtende Verzögerungsunterschied soll te auf einen Grenzwert von 0.1-0.5m/s2, bevorzugt 0.3m/s2 überwacht werden. Damit ist der komfortrelevante Teil der Kennlinie hinreichend beschrieben. - Zeigt sich zwischen den beiden Zeitintervallen T1 und T2 keine Änderung der Verzögerung des Kraftfahrzeugs, wird der Kalibriervorgang bei der nächsten Bremsung wiederholt, aber der dem Trennventil
1 zugeführte Haltestrom IHalt wird beispielsweise in Schritten von 2bar angehoben. Dieser Vorgang ist in3 dargestellt und wird wiederholt, bis sich das anhand von2 erläuterte Verzögerungsmuster zeigt. - Zeigt sich das erwartete Verzögerungsmuster, kann der entsprechende Ventilstrom mehrmals in verschiedenen Lösevorgängen angefahren werden, um den gefundenen Punkt zu bestätigen.
- Zeigt sich auch beim Erreichen bzw. Überschreiten der oberen Toleranzlage (Strombereich) der Ventile, nicht die gewünschte Änderung in der Verzögerung des Kraftfahrzeugs, wird in einem nächsten Schritt auch die am Trennventil
1 anliegende Druckdifferenz Δp schrittweise angehoben, da davon ausgegangen wird, dass die Bremsanlage einen erhöhten Verschleiß aufweist. - Das Verfahren wird abgebrochen, wenn eine Grenzgeschwindigkeit unterschritten wird, in der keine sinnvolle Verzögerungsauswertung möglich ist und zusätzlich die Gefahr eines Bremsruckes entsteht, der vom Fahrzeugführer bemerkt werden könnte. Ist der Lösegradient sehr hoch, das heißt im Bereich von 80 bis 250bar/s, wird das Verfahren ebenfalls abgebrochen, da undefinierte Verhältnisse am Trennventil
1 entstehen könnten. - Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei jeder Bremsung, in jedem Zündungslauf wiederholt werden, oder aber in größeren Abständen gestartet werden. Mit diesem Kalibrierverfahren wird nicht nur das Ventil kalibriert sondern auch die gesamte Kette, von der Treiberstufe bis zum Ventil. Das beschriebene Verfahren ermöglicht es den nicht zu vermeidenden Lebensdauerdrift des Systems zu kompensieren.
- Externe Störgrößenüberlagerungen, wie z.B. Bergfahrten, Wind, Beladung usw. sind für dieses Verfahren nicht von Bedeutung, da nur die Verzögerungsänderung betrachtet wird.
-
- 1
- Trennventil Bremskreis Vorderachse
- 2
- Trennventil Bremskreis Hinterachse
- 3
- Einlassventil FL
- 4
- Einlassventil FR
- 5
- Einlassventil RR
- 6
- Einlassventil RL
- 7
- elektrisches Umschaltventil Bremskreis Vorderachse
- 8
- elektrisches Umschaltventil Bremskreis Hinterachse
- 9
- Auslassventil FL
- 10
- Auslassventil FR
- 11
- Auslassventil RR
- 12
- Auslassventil RL
- 13
- Drucksensor
- 14
- pedalbetätigbarer Bremsdruckgeber
- 15
- Bremspedal
- 16, 16'
- hydraulische Pumpe
- 17
- hydraulische Leitung Bremskreis Vorderachse
- 18
- hydraulische Leitung Bremskreis Hinterachse
- 19
- Niederdruckspeicher Bremskreis Vorderachse
- 20
- Niederdruckspeicher Bremskreis Hinterachse
- 21
- Hauptzylinder
- 22
- Druckmittelvorratsbehälter
- 23
- Raddrehzahlsensoren
- 24
- Raddrehzahlsensoren
Claims (8)
- Verfahren zum Kalibrieren der Druck-/Öffnungsstrom-Charakteristik eines analogisierten oder analog angesteuerten hydraulischen Trennventils (
1 ,2 ) eines geregelten Bremsensystems für Kraftfahrzeuge, bei dem ein mit Hilfe eines pedalbetätigbaren Bremsdruckgebers (14 ) erzeugter Bremsdruck mit nachgeschaltetem Hauptzylinder (21 ) über ein Trennventil (1 ,2 ) und über ein Einlassventil (3 ,4 ,5 ,6 ) zu einer Radbremse (FL, FR, RR, RL) gelangt und über ein Auslassventil (9 ,10 ,11 ,12 ) aus der Radbremse (FL, FR, RR, RL) in einen Niederdruckspeicher (19 ,20 ) leitbar ist, wobei die Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren (23 ,24 ) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des zu kalibrierenden Trennventils (1 ,2 ) durch eine mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren (23 ,24 ) ermittelten Änderung der Verzögerung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: – Schließen des zu kalibrierenden Trennventils (
1 ,2 ) während einer Druckabbauphase und Zuführen eines vorab definierten Ventilstromes Ihalt; – Ermitteln der Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren (23 ,24 ); – Reduzieren des Ventilstromes IHalt des zu kalibrierenden Trennventils (1 ,2 ) und – Ermitteln der Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe der Raddrehzahlsensoren (23 ,24 ). - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich der Verzögerungswerte des Kraftfahrzeugs dahingehend ausgewertet wird, ob das zu kalibrierenden Trennventils (
1 ,2 ) vor dem Öffnen geschlossen war. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ermitteln der Verzögerung des Kraftfahrzeugs durch ein Zeitintervall vom zweiten Ermitteln der Verzögerung des Kraftfahrzeugs getrennt ist.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall 0 ms bis 300 ms beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstrom IHalt als Punkt einer Druck-Öffnungsstrom-Charakteristik gespeichert wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren abgebrochen wird, wenn ein Schaltvorgang des Getriebes des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird oder wenn ein Verzögerungs- oder Beschleunigungsbefehl ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbruchkriterien mit Hilfe einer Überwachung der Drehzahl des Antriebsmotors vorgenommen wird.
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