DE4219669A1 - Steuergerät zur Berechnung von Steuergrößen für sich wiederholende Steuervorgänge - Google Patents
Steuergerät zur Berechnung von Steuergrößen für sich wiederholende SteuervorgängeInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem an einen Bus anschließbaren Steuer
gerät nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Steuer
gerät zur Berechnung von Steuergrößen für sich wiederholende Steuer
vorgänge aus dem Bericht "Bussysteme für KFZ-Steuergeräte" von
W. Botzenhardt, M. Litschel und J. Unruh; VDI-Berichte 612 Elek
tronik im Kraftfahrzeugbau, 1986 bekannt, bei dem aber die Steuer
größen regelmäßig ohne Rücksicht auf den Betriebszustand über den
externen Datenbus übertragen werden.
Das erfindungsgemäße Steuergerät mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es mindestens
eine Betriebsparameterbedingung für einen Steuervorgang abfragt und
so eine Entscheidung herbeiführt, welche Steuergrößen überhaupt
übertragen werden müssen. Dadurch können überflüssige Datenüber
tragungen vermieden und die Busauslastung verringert werden. Eine
Verringerung der Systemlatenzzeit bei dem angeschlossenen Bussystem
ist dadurch erreichbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Steuergerätes möglich. Besonders vorteilhaft ist, die
Betriebsparameterbedingung schon vor der Berechnung der Steuergrößen
abzufragen und dann auch die Berechnung der nicht zu übertragenden
Steuergröße nicht durchzuführen. Dadurch wird die Rechenbelastung
des Steuergerätes verringert. Ebenfalls vorteilhaft ist es, anstelle
der nicht zu berechnenden und nicht zu übertragenden Steuergröße
eine andere Steuergröße und/oder weitere Daten zu berechnen und über
den Bus zu übertragen. Dadurch ist eine größere Genauigkeit bei be
stimmten Steuervorgängen erreichbar. Weiterhin sind Sicherheits
funktionen mit hohem Datenaufkommen realisierbar. Eine vorteilhafte
Abfrage einer Betriebsparameterbedingung ist, ob der Wert einer be
rechneten Steuergröße sich nicht um mehr als einen vorgegebenen
Grenzwert gegenüber dem zuvor berechneten Wert verändert hat. Damit
können Datenübertragungen bei vielen Steuergrößen auf einfache Art
und Weise eingespart werden.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 ein Steuergerät zur Berechnung von Steuergrößen, an
das ein Zünd-, Einspritz- und Brems-Modul über einen externen Daten
bus angeschlossen ist; Fig. 2 den Datenverkehr auf dem
externen Datenbus für drei verschiedene Betriebszustände; Fig. 3
ein Struktogramm für ein Programm zur Abarbeitung vom Mikroprozessor
des Steuergerätes nach Fig. 1; Fig. 4 ein Antriebsschlupf
regelungs-Steuergerät und ein Drosselklappen-Steuergerät, die über
einen externen Datenbus miteinander verbunden sind; Fig. 5a die
zeitsynchronen Datenübertragungen einer Steuergröße seitens des An
triebsschlupfregelungs-Steuergerätes; Fig. 5b die Datenübertragung
einer Steuergröße seitens des Antriebsschlupfregelungs-Steuergerätes
ereignisbezogen und Fig. 6 ein Struktogramm für ein Programm zur
Abarbeitung vom Mikroprozessor des Antriebsschlupfregelungs-Steuer
gerätes.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 20 ein zentrales Steuergerät,
die Bezugszahl 21 ein Zündmodul, die Bezugszahl 22 ein Ein
spritz-Modul und die Bezugszahl 23 ein Brems-Modul. Die genannten
Bauteile sind an einen externen Datenbus 24 angeschlossen. Jedes der
Bauteile besitzt zum Anschluß an den externen Datenbus 24 eine
Schnittstelle 25. Das so gebildete Netzwerk ist zum Einsatz in einem
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Das zentrale
Steuergerät enthält außer der Schnittstelle 25 auch einen leistungs
fähigen Mikrorechner 20a und einen Speicherbaustein 20b. Der Mikro
rechner ist dabei so ausgelegt, daß er die Steuergrößen für sich
wiederholende Steuervorgänge, wie Zünd-, Einspritz- und Bremsvor
gange im Kraftfahrzeug hinreichend schnell ermitteln kann. Die be
rechneten Steuergrößen werden dann über den externen Datenbus 24 zu
den einzelnen Modulen übertragen. Sich wiederholende Steuergrößen
für die
Zündvorgänge sind z. B. der Schließwinkel und der Zündzeitpunkt.
Diese beiden Steuergrößen müssen innerhalb kürzester Zeit neu be
rechnet werden, um einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu
gewährleisten. Die Zeitspanne zwischen zwei Zündungen beträgt bei
einem Sechszylindermotor bei 6000 U/min nur 3,3 ms, so daß innerhalb
dieser Zeit die Berechnung, die Übertragung sowie die Einstellung
der berechneten Werte durchgeführt werden muß. Sich wiederholende
Steuergrößen für die Einspritzvorgänge sind z. B. die Einspritzdauer
und der Einspritzzeitpunkt. Für sie gilt ebenfalls, daß sie je nach
Betriebszustand innerhalb kürzester Zeit ermittelt werden müssen.
Für das Bremsmodul führt das zentrale Steuergerät ebenfalls die Be
rechnung für sich wiederholende Steuergroßen, wie z. B. die Steuer
werte für angeschlossene Aktuatoren 23c für die hydraulischen Regel
kreise der Bremsanlage aus. Bei der Berechnung dieser Größen sind
zum Teil komplizierte Differentialgleichungen zu lösen.
Die dargestellten Module 21, 22, 23 enthalten jeweils außer den in
Fig. 1 gezeigten Schnittstellen 25 auch einen Mikroprozessor, einen
Speicher-Baustein sowie Ein-/Ausgabe-Schaltkreise. An das
Zünd-Modul 21 sind z. B. Geber 21a für die Motordrehzahl, die Motor
temperatur und die Bezugsmarke einer Kurbel- und/oder Nockenwelle
der Brennkraftmaschine angeschlossen. Als Aktuator 21b ist hier z. B.
eine Endstufe, die mit der Zündspule in Verbindung steht, vorge
sehen. An das Einspritzmodul 22 sind Geber 22b für die Ansaugluft
menge, Drosselklappenstellung, Ansauglufttemperatur, sowie den
Vollast-Kontakt angeschlossen. Der Geber 22a für den Leer
lauf-Kontakt ist gesondert dargestellt. Als Aktuatoren 22c sind hier
Endstufen vorgesehen, die mit der Kraftstoffpumpe und dem Einspritz
ventil in Verbindung stehen. Für das Brems-Modul 23 sind z. B.
Geber 23b für die Raddrehzahl jedes Rades und als Aktuatoren 23c
Endstufen, die mit den Magnetventilen der hydraulischen Regelkreise
in Verbindung stehen, vorgesehen. Der Geber 23a für den Bremskontakt
ist gesondert dargestellt.
Für die Berechnung der Steuergrößen benötigt das zentrale Steuer
gerät 20 die erfaßten Gebersignale der einzelnen Module 21, 22, 23.
Die Module übertragen daher diese Werte über den angeschlossenen
Datenbus 24 laufend an das zentrale Steuergerät 20. Die Berechnung
der Steuergrößen, als auch die Erfassung der Gebersignale seitens
der Module, als auch die Einstellung der berechneten Steuergrößen
sind im Stand der Technik hinreichend beschrieben, so daß im
folgenden nur auf die erfindungswesentlichen Aspekte dieser Vorgänge
eingegangen wird. Auch die vorgesehenen Datenübertragungen mit Hilfe
der Schnittstellen und des externen Datenbusses 24 sind im Stand der
Technik beschrieben. Dabei kann jedes für die Datenübertragung im
Kraftfahrzeug geeignete Bussystem, wie z. B. das CAN-Bussystem Ver
wendung finden.
Die Fig. 2 zeigt den Datenfluß auf dem externen Datenbus 24 seitens
des zentralen Steuergerätes 20 und des Zünd-, Einspritz- und
Brems-Moduls 21, 22, 23 für die drei verschiedenen Betriebszustände
"Normalbetrieb, Bremsbetrieb mit Motordrehzahl oberhalb von 1500
U/min und Bremsbetrieb mit Motordrehzahl unterhalb von 1500 U/min".
Während des Normalbetriebes des Kraftfahrzeuges sendet das Ein
spritzmodul 22 die seinerseits ermittelten Geberwerte Eg in einem
bestimmten Zeitraster an das zentrale Steuergerät 20. Vom
Brems-Modul 23 werden keine Daten an das zentrale Steuergerät 20
gesendet. Das Zündmodul sendet seinerseits die ermittelten Geber
werte Zg an das zentrale Steuergerät 20. Dabei werden die
einzelnen Absendezeitpunkte aber synchron zur Drehung der Kurbel
welle der Brennkraft
maschine des Kraftfahrzeuges gewählt. Die Absendezeitpunkte sind
dabei winkelbezogen und brauchen nicht unbedingt äquidistant zu den
vorherigen Absendezeitpunkten sein. Aus den empfangenen Geberwerten
ermittelt das zentrale Steuergerät 20 die Steuergrößen Z, E für die
Zünd- und Einspritzvorgänge. Diese Großen werden während des Normal
betriebes ebenfalls winkelbezogen an die Zünd- und Einspritzmodule
21, 22 übertragen. Wechselt der Fahrzustand des Kraftfahrzeuges von
Normalbetrieb nach Bremsbetrieb, so sendet das Bremsmodul 23 seiner
seits die ermittelten Geberwerte Ag an das zentrale Steuergerät 20
zeitbezogen in einem bestimmten Zeitraster. Bei der ersten Absendung
wird auch eine Botschaft AEin an das zentrale Steuergerät 20 abge
sendet, die dem zentralen Steuergerät 20 anzeigt, daß der Brems
kontakt nunmehr geschlossen ist und daß somit Bremsbetrieb vorliegt.
Für den Fall, daß die Drehzahl des Motors oberhalb von 1500 U/min
liegt, sendet das zentrale Steuergerät 20 nur noch die Steuergrößen
Z für das Zünd-Modul 21 winkelbezogen über den externen Datenbus 24
ab. Zusätzlich werden aber die berechneten Steuergrößen A für das
Brems-Modul 23 im kurzen Zeitraster an das Brems-Modul 23 abge
sendet. Diese berechneten Steuergrößen entsprechen z. B. Steuer
werten für die Magnetventile der hydraulischen Regelkreise der
Bremsanlage. Durch sie wird der Bremsdruck geregelt. Das Zündmodul
21 und das Einspritz-Modul 22 senden weiterhin die ermittelten
Geberwerte Zg und Eg, wie während des Normalbetriebes, an das
zentrale Steuergerät 20. Erkennt das zentrale Steuergerät 20, daß
die Motordrehzahl während des Bremsbetriebes unterhalb von 1500
U/min absinkt, so werden wieder zusätzlich die Steuergrößen E für
die Einspritzvorgänge an das Einspritz-Modul 22 winkelbezogen abge
sendet. Ansonsten ist der Datenfluß auf dem externen Datenbus 24 wie
beim Bremsbetrieb mit einer Motordrehzahl oberhalb von 1500 U/min,
jedoch mit erhöhter Buslast oder geringerer Zyklenzahl der Steuer
größe A.
Fig. 3 soll den Ablauf der Steuervorgänge seitens des zentralen
Steuergerätes 20 verdeutlichen. Nach dem Programmstart 30 durch
Drehen des Zündschlüssels auf Stellung "Ein" wird erst im Programm
teil 31 eine Initialisierung des zentralen Steuergerätes 20 durch
geführt. Dabei werden Testroutinen abgearbeitet und die Register des
zentralen Steuergerätes 20 mit bestimmten Ausgangswerten belegt. Im
Programmteil 32 liest das zentrale Steuergerät 20 die Betriebs
parameter ein. Diese Betriebsparameter entsprechen den empfangenen
Geberwerten von den einzelnen Modulen 21, 22, 23. Sodann gelangt das
Programm zu der Abfrage 33. Dort wird als Betriebsparameterbedingung
abgefragt, ob die Bremse aktiviert ist. Ist dies nicht der Fall, so
wird der Programmteil 37 abgearbeitet. Dieser dient zur Berechnung
der Zünd- und Einspritz-Steuergrößen Z, E, wie im Normalbetrieb nach
Fig. 2 vorgesehen. Die berechneten Großen Z, E werden anschließend
im Programmteil 38 winkelbezogen an die entsprechenden Module 21, 22
abgesendet. Danach wird zyklisch mit dem Programmteil 32 fortge
fahren. Ergibt die Abfrage 33, daß die Bremse aktiviert ist, so wird
das Programm mit der Abfrage 34 fortgeführt. Dort wird als Betriebs
parameterbedingung abgefragt, ob der Leerlauf-Kontakt geschlossen
ist und ob die Motordrehzahl oberhalb von 1500 U/min liegt. Sind
beide Bedingungen erfüllt, so werden im Programmteil 35 die Steuer
großen Z für die Zündung und die Steuergrößen A für die Bremsvor
gänge berechnet. Die Berechnung der Steuergrößen E für den Ein
spritzvorgang entfällt. Im Programmteil 36 werden danach die Steuer
größen Z winkelbezogen und die Steuergrößen A zeitbezogen an die
entsprechenden Module 21, 23 gesendet. Danach wird das Programm
wieder mit Programmteil 32 fortgesetzt. War die Betriebspara
meterbedingung in Abfrage 34 nicht erfüllt, so werden im Programm
teil 39
die Steuergrößen Z, E, A für die Zünd-, Einspritz- und Bremsvor
gänge berechnet und im Programmteil 40 gesendet. Dabei werden die
Steuergrößen Z, E wieder winkelbezogen und die Steuergrößen A zeit
bezogen gesendet. Anschließend wird das Programm wieder mit Pro
grammteil 32 fortgesetzt.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung darge
stellt. Darin bezeichnet die Bezugszahl 50 ein Antriebsschlupf
regelungs-Steuergerät eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraft
maschine, das über einen externen Datenbus 24 mit einem Drossel
klappen-Steuergerät 51 des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Beide
Steuergeräte enthalten jeweils eine Schnittstelle 25, an die der
externe Datenbus 24 angeschlossen ist. Sowohl das Drossel
klappen- als auch das Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät enthält
mindestens einen Mikroprozessor, einen Speicher und Ein-/Aus
gabe-Schaltungen an die sowohl Geber 50a, 51a als auch Aktuatoren
50b, 51b angeschlossen sind. Diese Bauteile sind in der Zeichnung
der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Aus den Geber
signalen ermittelt das Drosselklappen-Steuergerät 51 in einem be
stimmten Zeitraster einen Drosselklappenstellwert. Dieser Wert ent
spricht einem "Fahrerwunsch", der dem Drosselklappen-Steuergerät 51
durch Drücken des Gaspedals eingegeben wird. Dazu ist am Drossel
klappen-Steuergerät 51 ein Geber angeschlossen, der die Stellung des
Gaspedals erfaßt. Dieser "Fahrerwunsch" bedarf aber einer Korrektur
von Seiten des Antriebsschlupfregelungs-Steuergerätes 50, da es für
einen sicheren Fahrbetrieb nicht sinnvoll sein kann, die Drossel
klappe der Brennkraftmaschine weiter zu öffnen, wenn das Antriebs
schlupfregelungs-Steuergerät 50 mit Hilfe seiner angeschlossenen
Geber feststellt, daß die Antriebsräder sowieso schon "durchdrehen".
Aus diesem Grunde wird der Drosselklappen-Stellwert bevor er vom
Drosselklappen-Steuergerät 51 tatsächlich eingestellt wird, erst zum
Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät 50 übertragen. Dieses berechnet
dann einen Korrekturwert Dk und übermittelt seinerseits den
Korrekturwert Dk an das Drosselklappen-Steuergerät 51, woraufhin
das Drosselklappen-Steuergerät 51 seinen ermittelten Drossel
klappen-Stellwert um Dk korrigiert und dann den korrigierten
Drosselklappen-Stellwert einstellt.
Die Fig. 5a zeigt einige Datenübertragungen von Korrekturwerten
Dk vom Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät 50 zum Drossel
klappen-Steuergerät 51. Die Absendungen erfolgen hier noch in einem
festen Zeitraster mit einem zeitlichen Abstand von Δt. Die auf
einanderfolgenden Absendezeitpunkte sind äquidistant.
Die Fig. 5b zeigt einige Datenübertragungen von Korrekturwerten
Dk von Seiten eines erfindungsgemäßen Antriebsschlupf
regelungs-Steuergerätes 50. Dabei erfolgen die Absendungen nicht
mehr in einem festen Zeitraster, sondern es werden dann Korrektur
werte Dk zum Drosselklappen-Steuergerät 51 abgesendet, wenn sich
der Korrekturwert Dk über einen Grenzwert ±ΔDk hinaus gegenüber
dem zuvor abgesendeten Korrekturwert Dk verändert hat.
Die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Antriebsschlupf
regelungs-Steuergerätes 50 bezogen auf die Absendungen der
Korrekturwerte Dk ist in Fig. 6 dargestellt. Nach dem Programm
start 60 wird der Programmteil 61 abgearbeitet. Dadurch wird das
Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät 50 initialisiert und getestet.
Anschließend werden im Programmteil 62 die Betriebsparameter
für die Steuervorgänge des Antriebsschlupfregelungs-Steuergerätes 50
ermittelt. Dazu werden z. B. die Gebersignale der angeschlossenen
Geber 50a erfaßt. Gleichzeitig werden aber auch einige Betriebs
parameter über den angeschlossenen externen Datenbus 24 vom Drossel
klappen-Steuergerät 51 empfangen. Unter anderem wird der Drossel
klappen-Stellwert in diesem Programmteil vom Drosselklappen-Steuer
gerät 51 empfangen. Im Programmteil 63 findet dann die Berechnung
des Korrekturwertes Dk unter Berücksichtigung der zuvor er
mittelten Betriebsparameter statt. Danach wird in Abfrage 64 die
Betriebsparameterbedingung abgefragt, ob der neu ermittelte
Korrekturwert Dk sich gegenüber dem zuvor ermittelten Korrektur
wert über einen Grenzwert ±ΔDk als Hysterese hinaus verändert
hat. Ist dies der Fall, so wird in Programmschritt 65 der neu er
mittelte Korrekturwert Dk an das Drosselklappen-Steuergerät 51
abgesendet. Anschließend wird das Programm mit Programmteil 62 fort
gesetzt. Wurde in der Abfrage 64 keine Veränderung festgestellt, so
wird kein Korrekturwert Dk an das Drosselklappen-Steuergerät 51
abgesendet und das Programm mit dem Programmteil 62 fortgefahren.
Das erste Ausführungsbeispiel kann einfach modifiziert werden, wenn
auch eine Schubabschaltung bei längeren Bergabfahrten erreicht
werden soll. Dazu muß das Programm des zentralen Steuergerätes 20 so
abgeändert werden, daß die Abfrage 34 im positiven Entscheidungs
zweig auch dann zu einer Unterdrückung der Berechnung sowie Ab
sendung der Einspritzdaten E seitens des zentralen Steuergerätes 20
führt, wenn kein Bremsbetrieb vorliegt.
Die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind keineswegs die
einzigen Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung kann bei
allen Steuergeräten eingesetzt werden, die Steuergrößen für sich
wiederholende Steuervorgänge ermitteln und über einen externen
Datenbus an weitere Busteilnehmer absenden. Es muß sich dabei auch
nicht unbedingt um Steuergeräte eines Kraftfahrzeuges handeln. Der
artige Steuergeräte können z. B. auch bei der Fabrikautomation und
der Prozeßsteuerung eingesetzt werden, wobei die Steuergeräte z. B.
an Feldbussysteme angeschlossen sind. Ebenfalls kommt die Erfindung
für Steuergeräte in Frage, die die Funktion einer Netzwerk
managementinstanz innerhalb eines Netzwerkes wahrnehmen.
Diese Steuergeräte können dann aufgrund der Abfragungen von Be
triebsparameterbedingungen Entscheidungen herbeiführen, welche
Steuergrößen über den Bus zu übertragen sind und diese den ange
schlossenen Steuergeräten mitteilen.
Claims (9)
1. Steuergerät zur Berechnung von Steuergrößen für sich wieder
holende Steuervorgänge insbesondere Zünd-, Einspritz- und Brems
vorgänge in Kraftfahrzeugen, mit mindestens einem Mikrorechner, mit
einer Schnittstelle zur Abgabe der Steuergrößen sowie weiterer In
formationen an einen anschließbaren, seriellen Datenbus, sowie zum
Empfang von Informationen über den Datenbus, mit Mitteln zur Er
fassung von Betriebsparametern,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20, 50) mindestens eine
Betriebsparameterbedingung für einen der Steuervorgänge abfragt
(33, 34, 64), daß bei Zutreffen der Bedingung das Steuergerät (20,
50) die Abgabe mindestens einer der Steuergrößen (Z, E, A, Dk) an den
Datenbus unterdrückt.
2. Steuergerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) bei Zutreffen der
mind. einen Betriebsparameterbedingung die Berechnung der mindestens
einen Steuergröße (Z, E, A) unterdrückt.
3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) bei Zutreffen der
mindestens einen Betriebsparameterbedingung die Berechnung min
destens einer anderen Steuergröße (Z, E, A) und/oder weiterer Daten
durchführt.
4. Steuergerät nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) bei Zutreffen der
mindestens einen Betriebsparameterbedingung die mindestens eine
andere Steuergröße (Z, E, A) und/oder weitere Daten an den Datenbus
(24) abgibt.
5. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (50) Gebersignale ange
schlossener Geber (50a) als Mittel zur Erfassung von Betriebspara
metern auswertet und/oder weitere Betriebsparameter über den
seriellen Datenbus (24) empfängt.
6. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) als Betriebspara
meterbedingung abfragt, ob ein Bremskontaktschalter (23a) betätigt
ist (33).
7. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) als Betriebspara
meterbedingung abfragt, ob ein Leerlaufkontaktschalter (22a) be
tätigt ist und ob gleichzeitig die Motordrehzahl einen vorgegebenen
Wert überschritten hat (34).
8. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) als Steuergrößen
Schließwinkel, Zündzeitpunkt, Einspritzdauer, Einspritzzeitpunkt und
Werte zur Einstellung mindestens eines Aktuators (23c) des Brems
systems eines Kraftfahrzeuges berechnet.
9. Steuergerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (50) als Betriebspara
meterbedingung abfragt, ob der Wert (Dk1) einer berechneten
Steuergröße (Dk) sich nicht um mehr als einen vorgegebenen Grenz
wert (ΔDk) gegenüber dem zuvor berechneten Wert (Dk0) ver
ändert hat.
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