DE102011075297A1 - Verfahren zum Auswählen einer Betriebsart eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswählen einer Betriebsart (B1–B3) eines Fahrzeugs aus einer Gruppe von mehreren Betriebsarten (B1–B3). Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, zu überprüfen, ob beim Ausführen einer bestimmten Betriebsart (B1–B3) der Wert einer fahrdynamischen Zustandsgröße (Z) einen vorgegebenen Wertebereich in Zukunft überschreiten würde. Je nach Ergebnis der Überprüfung wird eine der Betriebsarten (B1–B3) ausgewählt und ein entsprechendes Signal (S1–S3), das den Fahrer darauf hinweist, die ausgewählte Betriebsart (B1–B3) einzustellen oder das eine automatische Änderung der Betriebsart (B1–B3) auslöst.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswählen einer Betriebsart eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Systemen zur Einsparung von Kraftstoff bekannt. Eines dieser Systeme ist beispielsweise eine sogenannte Start-Stopp-Automatik, die den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs im Fahrzeugstillstand automatisch abschaltet, wenn der Betriebszustand der Kupplung und der Betriebsbremse bestimmten Vorgaben entspricht. Auf diese Weise kann eine Kraftstoffeinsparung von mehreren Prozent erreicht werden. Ein anderes bekanntes System zur Energieeinsparung weist den Fahrer z.B. mittels eines Pfeils darauf hin, in einen höheren Gang zu schalten, in dem der Verbrennungsmotor sparsamer betrieben werden kann. Dadurch dreht der Motor nicht mehr so hochtourig, und es lässt sich ebenfalls Kraftstoff einsparen. Neben den genannten Fahrsituationen gibt es noch viele weitere, in denen durch eine Änderung der Betriebsart einer Fahrzeugeinrichtung Energie gespart oder der Verschleiß reduziert werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswählen einer Betriebsart einer Fahrzeugeinrichtung zu schaffen, in der Energie eingespart oder der Verschleiß eines Bauteils verringert werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1, sowie im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, für verschiedene Betriebsarten, wie z. B. unterschiedliche Motor- oder Kupplungszustände, zu prüfen, ob beim Ausführen der Betriebsart der Wert einer fahrdynamischen Zustandsgröße, wie z.B. der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen vorgegebenen Wertebereich überschreiten würde. In Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung wird dann eine bestimmte Betriebsart ausgewählt und ein entsprechendes Signal erzeugt, das den Fahrer darauf hinweist, die ausgewählte Betriebsart einzustellen. Wahlweise kann das Signal auch eine automatische Änderung der Betriebsart auslösen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, den Kraftstoffverbrauch oder den Bremsenverschleiß erheblich zu reduzieren.
  • Wenn die Überprüfung der Zustandsgröße ergibt, dass sie den vorgegebenen Wertebereich in Zukunft überschreiten würde, wird die zugehörige Betriebsart vorzugsweise als unzulässig verworfen. Andernfalls wird die Betriebsart vorzugsweise als eine mögliche Option behandelt, die ausgewählt werden kann. Wenn mehrere Betriebsarten als mögliche Option zur Verfügung stehen, wird vorzugsweise diejenige Betriebsart ausgewählt, die ein vorgegebenes Ziel, z. B. einen minimalen Kraftstoffverbrauch oder einen minimalen Verschleiß, am ehesten erfüllt.
  • Unter der Bezeichnung „Betriebsart“ soll gemäß der Erfindung prinzipiell der Zustand einer oder mehrerer Fahrzeugeinrichtungen, wie z. B. der Kupplung oder eines Motors, verstanden werden. Eine Betriebsart kann beispielsweise den Kupplungszustand, insbesondere „eingekuppelt“ oder „ausgekuppelt“, umfassen. Sie kann beispielsweise auch den Betriebszustand eines Motors zum Antrieb des Fahrzeugs, insbesondere den Zustand „eingeschaltet“ oder „ausgeschaltet“, umfassen. Ein weiterer Parameter der Betriebsart kann auch der Betriebsmodus eines Motors sein. Falls das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor aufweist, kann beispielsweise zwischen einem Schubbetrieb, in dem der Verbrennungsmotor ein Schleppmoment ausübt, und einem Fahrbetrieb, bei dem das Fahrzeug beschleunigt wird, unterschieden werden. Sofern das Fahrzeug einen oder mehrere Elektromotoren aufweist, könnte entsprechend zwischen einem Generatorbetrieb und einem Fahrbetrieb unterschieden werden.
  • Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gruppe der vorgegebenen Betriebsarten wenigstens zwei der folgenden Betriebsarten: a) der Verbrennungsmotor läuft und das Getriebe ist eingekuppelt, b) der Verbrennungsmotor läuft und das Getriebe ist ausgekuppelt, und c) der Verbrennungsmotor ist ausgeschaltet und das Getriebe ist ausgekuppelt.
  • Bei Fahrzeugen mit mehreren Motoren, wie z.B. einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antrieb, können unterschiedliche Betriebszustände der einzelnen Motoren und/oder verschiedene Betriebsmodi der Motoren bei der Überprüfung berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren für wenigstens zwei verschiedene Betriebsarten ausgeführt, wobei eine erste Betriebsart beispielsweise ein Fahrzustand ist, in dem der Verbrennungsmotor läuft und das Getriebe eingekuppelt ist, und die zweite Betriebsart ein Zustand ist, in dem der Verbrennungsmotor läuft und das Getriebe ausgekuppelt ist. Wie vorstehend beschrieben, wird dann für jede der beiden Betriebsarten überprüft, ob der Wert einer fahrdynamischen Fahrzustandsgröße, wie beispielsweise der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, in Zukunft einen vorgegebenen Wertebereich überschreiten würde. Wenn sich ergibt, dass die fahrdynamische Zustandsgröße den Wertebereich überschreitet bzw. in Zukunft überschreiten würde, wird die jeweilige Betriebsart als unzulässig ausgeschieden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das Fahrzeug auf einer Steigung bergab fährt und die Überprüfung der Geschwindigkeit ergibt, dass das Fahrzeug sehr viel schneller werden würde, wenn man auskuppeln würde. Die Betriebsart „Verbrennungsmotor läuft und Getriebe ist ausgekuppelt“ wird daher als unzulässig eingestuft. Es wird dann die andere Betriebsart („Motor läuft und Getriebe ist eingekuppelt“) ausgewählt bzw. beibehalten. Falls die Überprüfung der fahrdynamischen Zustandsgröße dagegen ergibt, dass sie den vorgegeben Wertebereich im ausgekuppelten Zustand nicht überschreiten würde, wird vorzugsweise die andere Betriebsart gewählt. Das erfindungsgemäße System würde in diesem Fall ein Signal erzeugen, das den Fahrer darauf hinweist, die ausgewählte Betriebsart („Getriebe ausgekuppelt“) einzustellen. Alternativ könnte die ausgewählte Betriebsart auch automatisch, z.B. mittels eines Automatikgetriebes eingestellt werden. Wenn die Überprüfung der Zustandsgröße ergibt, dass die aktuelle Betriebsart beibehalten werden kann, muss kein Signal generiert werden.
  • Die überprüfte fahrdynamische Zustandsgröße kann beispielsweise eine Geschwindigkeit, eine Geschwindigkeitsänderung, eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung oder deren Änderung, oder ein funktionaler Zusammenhang aus mehreren Zustandsgrößen sein.
  • Sofern die Überprüfung ergibt, dass prinzipiell mehrere Betriebsarten zulässig wären, wird vorzugsweise diejenige Betriebsart ausgewählt, die ein vorgegebenes Ziel am ehesten erfüllt. Als Ziel, das es zu erreichen gilt, kann beispielsweise ein minimaler Kraftstoffverbrauch oder Bremsenverschleiß, oder eine minimale Beanspruchung eines anderen Bauteils, oder eine Kombination dieser Bedingungen definiert sein. Um die jeweils optimale Betriebsart auszuwählen, wird vorzugsweise ein Wert eines Betriebsparameters wie z.B. des Kraftstoffverbrauchs, oder ein Bremsenverschleißwert, ermittelt und diejenige Betriebsart ausgewählt, die den besten, z.B. einen minimalen Kraftstoffverbrauch, liefert. Ein Betriebsparameter kann dabei auch ein funktionaler Zusammenhang aus mehreren Parametern sein.
  • Gemäß der Erfindung wird der zukünftige Verlauf oder zumindest ein zukünftiger Wert eines Betriebsparameters ermittelt. Dies kann z.B. mittels eines mathematischen Modells (Algorithmus) erfolgen, das den Verlauf bzw. den zukünftigen Wert des Betriebsparameters bei verschiedenen Betriebsarten (z.B. eingekuppelt und ausgekuppelt) berechnen kann. Der zukünftige Verlauf bzw. Wert könnte auch aus einer Kennlinie ausgelesen werden.
  • Das genannte mathematische Modell berücksichtigt vorzugsweise sowohl das Fahrzeug beschleunigende als auch bremsende Einflüsse, wie z.B. die Steigung der Fahrbahn, das Gewicht des Fahrzeugs, den Rollwiderstand, das Schleppmoment des Motors, den Luftwiderstand, und/oder den Rollwiderstand.
  • Bei der Auswahl der in Bezug auf den Verbrauch bzw. Verschleiß günstigsten Betriebsart wird vorzugsweise auch der Batterieladezustand berücksichtigt. Bei einem Fahrzeug, das lediglich einen Verbrennungsmotor aufweist, wird dieser bei einem geringen Ladezustand der Batterie vorzugsweise nicht ausgeschaltet.
  • Dies ist darauf begründet, dass in verschiedenen Fahrsituationen die benötigte elektrische Leistung sehr hoch sein kann und der Kraftstoffverbrauch, der zum Neustart des Verbrennungsmotors und zum Aufladen der Batterie notwendig wäre, größer ist, als die Energieeinsparung durch den stehenden Verbrennungsmotor.
  • Nach dem Auswählen der optimalen Betriebsart wird der Fahrer – sofern die Betriebsart geändert werden sollte – darauf hingewiesen, die Betriebsart zu ändern und beispielsweise ein- oder auszukuppeln oder einen Motor ein- bzw. auszuschalten. Das Ausschalten eines Motors kann dabei auch während der Fahrt erfolgen.
  • Die Anweisung an den Fahrer kann beispielsweise mittels einer optischen, akustischen oder mechanischen Vorrichtung erfolgen. Im letzteren Fall sorgt die mechanische Vorrichtung beispielsweise für eine Vibration oder ein anderes Signal, das vom Fahrer haptisch wahrgenommen werden kann.
  • Die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise in einem Steuergerät durchgeführt, in dem ein entsprechender Algorithmus implementiert ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Verfahren zum Auswählen einer Betriebsart eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 2 ein Verfahren zum Auswählen einer Betriebsart eines Fahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt ein Verfahren zum Auswählen einer von zwei möglichen Betriebsarten B1, B2 eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor. Die Betriebsart B1 beschreibt dabei einen Zustand, in dem der Verbrennungsmotor eingeschaltet und die Kupplung eingekuppelt ist, und die Betriebsart B2 einen Zustand, in dem der Verbrennungsmotor ebenfalls eingeschaltet, die Kupplung jedoch ausgekuppelt ist.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass das Fahrzeug eine Steigung mit geringem Gefälle hinunterfährt, wobei der Fahrer vom Gas gegangen ist und der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb arbeitet.
  • Das Fahrzeug befindet sich z. B. in der Betriebsart B1. In Schritt 1a wird zunächst überprüft, ob eine fahrdynamische Zustandsgröße Z, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Verzögerung, einen vorgegebenen Wertebereich überschreiten würde, wenn sich das Fahrzeug weiterhin in dieser Betriebsart fortbewegt. Zu diesem Zweck kann abgefragt werden, ob der Betrag der Zustandsgröße zu einem zukünftigen Zeitpunkt kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert Z0.
  • In der angenommenen Fahrsituation ist das Gefälle so gering, dass das Fahrzeug im eingekuppelten Zustand deutlich verzögert und entsprechend langsamer wird. Der Betrag der Geschwindigkeitsänderung bzw. Verzögerung ist in diesem Fall größer als der Schwellenwert Z0 (Fall N), so dass das Verfahren zu Schritt 3 springt, in dem die Auswahl der Betriebsart B1 bzw. B2 erfolgt. Im vorstehend beschriebenen Beispiel ist es nicht notwendig, weitere Berechnungen durchzuführen, da die aktuelle Betriebsart bereits als unzulässig ausgeschieden ist. Es wird daher die andere Betriebsart B2 ausgewählt und in Schritt 4 automatisch ein entsprechendes Signal S2 erzeugt, das den Fahrer darauf hinweist, die andere Betriebsart B2 auszuwählen und die Kupplung zu drücken.
  • Wenn sich das Fahrzeug aktuell in der anderen Betriebsart B2 (Verbrennungsmotor ist eingeschaltet und die Kupplung ausgekuppelt) befindet, wird zunächst der Schritt 1b ausgeführt und wiederum überprüft, ob der Wert einer fahrdynamischen Zustandsgröße in Zukunft einen vorgegebenen Wertebereich überschreiten wird. Wenn dies festgestellt wird (Fall N) springt das Verfahren wieder zu Schritt 3, und es wird die andere Betriebsart B1 ausgewählt und automatisch ein entsprechendes Signal S1 erzeugt, das den Fahrer darauf hinweist, die andere Betriebsart B1 auszuwählen und einzukuppeln.
  • Die überwachte Zustandsgröße kann beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit oder deren Änderung, eine Längsbeschleunigung oder deren Änderung, eine Querbeschleunigung oder deren Änderung oder eine Gierrate bzw. Gierraten-Änderung sein.
  • Um den zukünftigen Verlauf der fahrdynamischen Zustandsgröße ermitteln zu können, ist vorzugsweise ein mathematisches Modell vorgesehen. Wenn die überwachte Zustandsgröße z. B. die Geschwindigkeit oder Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ist, berücksichtigt das mathematische Modell das Fahrzeug beschleunigende als auch bremsende Größen. Dies können eine oder mehrere der folgenden Größen sein: die Steigung der Fahrbahn, das Fahrzeuggewicht, der Rollwiderstand, das Schleppmoment des Motors, der Luftwiderstand und/oder das Schleppmoment des Antriebsstrangs.
  • Wenn die Abfrage eines der Schritte 1a bzw. 1b positiv war, wird sie auch für die jeweils andere Betriebsart durchgeführt. Falls beide Abfragen positiv waren, d.h. die überwachte Zustandsgröße bleibt innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters innerhalb des vorgegebenen Wertebereichs (Fall J von Schritt 1a bzw. 1b), wird in den Schritten 2a bzw. 2b der Wert eines Betriebsparameters, wie z.B. der Kraftstoffverbrauch, für die jeweilige Betriebsart B1 bzw. B2 berechnet. Der Betriebsparameter kann dabei z.B. ein Kraftstoffverbrauch, der Bremsenverschleiß oder die Beanspruchung eines anderen Bauteils, oder ein funktionaler Zusammenhang aus mehreren Parametern sein. In den Schritten 2a und 2b wird jeweils ein Wert des Betriebsparameters in der jeweiligen Betriebsart B1 bzw. B2 berechnet. In Schritt 3 wird dann diejenige Betriebsart B1 bzw. B2 ausgewählt, bei der der Betriebsparameter, wie z.B. der Kraftstoffverbrauch, minimal ist.
  • Wenn sich in Schritt 3 ergibt, dass der Kraftstoffverbrauch oder Bremsenverschleiß in einer anderen Betriebsart (z.B. in B2) geringer ist als in der aktuellen Betriebsart (B1), wird ein Signal S2 erzeugt. Andernfalls wird die aktuelle Betriebsart beibehalten.
  • Das Signal S2 kann beispielsweise eine Anzeige im Armaturenbrett auslösen, die dem Fahrer anzeigt, dass es unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung besser wäre, die Kupplung zu betätigen. Bei einem Fahrzeug mit Automatik-Getriebe könnte der Leerlauf beispielsweise auch automatisch eingestellt werden.
  • 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der zwischen drei unterschiedlichen Betriebsarten B1–B3 ausgewählt werden kann. In der Betriebsart B1 ist der Verbrennungsmotor eingeschaltet und das Getriebe eingekuppelt, in Betriebsart B2 ist der Verbrennungsmotor eingeschaltet und das Getriebe ausgekuppelt, und in Betriebsart B3 ist der Verbrennungsmotor ausgeschaltet und das Getriebe ausgekuppelt.
  • In den Schritten 1a1c wird wiederrum überprüft, ob eine vorgegebene Zustandsgröße wie z.B. die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder dessen Verzögerung beim Ausführen der jeweiligen Betriebsart B1–B3 einen vorgegebenen Wertebereich in Zukunft überschreiten würde. Die einzelnen Schritte 1a1c können wiederrum sequentiell oder parallel ausgeführt werden. Falls sich die Fahrdynamik unzulässig stark verändert (Fall N der Schritte 1a1c), springt das Verfahren jeweils zu Schritt 3. Die betreffende Betriebsart gilt dabei als unzulässig und ist damit ausgeschieden. Falls die betrachtete Zustandsgröße Z innerhalb des zulässigen Wertebereichs bleibt (Fall J), verläuft das Verfahren zu Schritt 2a, 2b bzw. 2c.
  • In den Schritten 2a2c wird jeweils ein Wert eines Betriebsparameters, wie z.B. ein Kraftstoffverbrauch, berechnet, der sich bei der jeweiligen Betriebsart B1–B3 in Zukunft ergibt.
  • In Schritt 3 wird dann aus den zulässigen Betriebsarten (z.B. B2 und B3) diejenige Betriebsart ausgewählt, deren Betriebsparameter minimal ist. So kann beispielsweise eine Betriebsart ausgewählt werden, bei der der Kraftstoffverbrauch oder der Bremsenverschleiß oder ein funktionaler Zusammenhang mehrerer Parameter minimal ist.
  • Je nach Auswahl wird dann ein entsprechendes Signal S1, S2 oder S3 erzeugt, das den Fahrer darauf hinweist, die entsprechende Betriebsart einzustellen und z.B. die Kupplung zu betätigen oder den Motor auszuschalten. Zur Mitteilung an den Fahrer kann beispielsweise eine optische, akustische oder mechanische Einrichtung vorgesehen sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Auswählen einer Betriebsart (B1–B3) eines Fahrzeugs aus einer Gruppe von mehreren Betriebsarten (B1–B3), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – für eine oder mehrere Betriebsarten (B1–B3) der Gruppe, Überprüfen (1a1c), ob beim Ausführen einer bestimmten Betriebsart (B1–B3) der Wert einer fahrdynamischen Zustandsgröße einen vorgegebenen Wertebereich überschreiten würde, – Berechnen (2A2C) eines Wertes eines Betriebsparameters für eine oder mehrere Betriebsarten (B1–B3), – Auswählen einer Betriebsart (B1–B3) in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung und der Berechnung, und – Erzeugen eines Signals (S1–S3), das den Fahrer darauf hinweist, die ausgewählte Betriebsart (B1–B3) einzustellen oder das eine automatische Änderung der Betriebsart (B1–B3) auslöst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die überprüfte fahrdynamische Zustandsgröße eine Geschwindigkeit, eine Geschwindigkeitsänderung, eine Querbeschleunigung oder deren Änderung, eine Gierrate oder deren Änderung oder ein funktionaler Zusammenhang aus mehreren Zustandsgrößen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Betriebsparameter ein Verbrauchswert, insbesondere ein Kraftstoffverbrauch, ein Verschleißwert, insbesondere ein Bremsenverschleiß oder eine Beanspruchung eines anderen Bauteils, oder ein funktionaler Zusammenhang mehrerer Betriebsparameter ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mathematisches Modell vorgesehen ist, mit dem der zukünftige Verlauf einer Zustandsgröße berechnet werden kann und mittels dessen überprüft wird, ob die Zustandsgröße (Z) in Zukunft einen vorgegebenen Wertebereich überschreiten würde.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell sowohl das Fahrzeug beschleunigende als auch bremsende Größen berücksichtigt, insbesondere eine oder mehrere Größen aus der Gruppe: Steigung der Fahrbahn, Fahrzeuggewicht, Rollwiderstand, Fahrzeuggeschwindigkeit, Schleppmoment des Motors, Widerstand des Antriebsstrangs, und/oder Luftwiderstand des Fahrzeugs.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betriebsart (B1–B3) als unzulässig eingestuft wird, wenn die Überprüfung ergab, dass eine Zustandsgröße (Z) einen vorgegebenen Wertebereich überschreiten würde, und dass die Betriebsart (B1–B3) andernfalls als unzulässig eingestuft wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mögliche Betriebsart (B1–B3) wenigstens eine der folgenden Komponenten umfasst: den Kupplungszustand (eingekuppelt oder ausgekuppelt), den Betriebszustand eines Antriebs (eingeschaltet oder ausgeschaltet) und/oder den Betriebsbereich des Antriebs (Schleppbetrieb oder Fahrbetrieb).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrzeug mit mehreren Antrieben die unterschiedlichen Betriebszustände und/oder Betriebsarten der einzelnen Antriebe berücksichtigt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer darauf hingewiesen wird, einzukuppeln oder auszukuppeln, einen Antrieb ein- oder auszuschalten oder eine andere Betriebsart zu wählen.
  10. Steuergerät, umfassend Mittel zum Durchführen eines der vorstehend beanspruchten Verfahren.
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