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Die Erfindung betrifft eine Radbremsvorrichtung für ein Fahrzeug und ein Sensor- und/oder Steuergerät für ein Fahrzeug zum Zusammenwirken mit mindestens einer Radbremsvorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Bremssystem für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Radbremsvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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In der
DE 20 2006 010 656 U1 ist ein Bremssystem für Fahrzeuge oder Maschinen aller Art beschrieben. Das Bremssystem umfasst einen elastischen Behälter, welcher mit einer magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit gefüllt ist. Mittels zweier Elektroden oder eines Elektromagneten soll ein Aggregatszustand der magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit veränderbar sein. Auf diese Weise soll eine Rotationsbewegung mindestens eines Rads abbremsbar sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine Radbremsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Sensor- und/oder Steuergerät für ein Fahrzeug zum Zusammenwirken mit mindestens einer Radbremsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und ein Verfahren zum Betreiben einer Radbremsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen Eingriff in mindestens eine Radbremsvorrichtung zur aktiven Unterstützung des Fahrers bei der Bremsung und zur Verbesserung einer Bremsleistung. Beispielsweise kann in einer erkannten Notbremssituation mittels der vorliegenden Erfindung eine aktive Regel der mindestens einen Radbremsvorrichtung so ausgeführt werden, dass der Fahrer beim Überführen des Fahrzeugs in den Stillstand optimal unterstützt wird. Ebenso kann mittels der vorliegenden Erfindung ein Blockieren des mindestens einen Rads, insbesondere bei eine rutschigen Fahrbahn, verhindert werden. Auf diese Weise kann auch bei einer Fahrt des Fahrzeugs über Schotter oder über eine nasse Fahrbahn das Unfallrisiko signifikant reduziert werden. Vor allem kann die vorliegende Erfindung dazu eingesetzt werden, bei einer rutschigen Fahrbahn ein Wegrutschen des Fahrzeugs zu verhindern. Ebenso kann auf einer griffigen Fahrbahn ein Überbremsen des Vorderrades schnell behoben werden, bevor es zu einem Überschlag des Fahrzeugs kommt. Die vorliegende Erfindung führt somit zu mehr Sicherheit und einer verbesserten Fahrzeugbeherrschung während einer Fahrt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Radbremsvorrichtung umfasst der Behälter zumindest ein erstes Behälterteil und ein zweites Behälterteil, wobei das erste Behälterteil an einer ersten Komponente des Fahrzeugs anbringbar ist und das zweite Behälterteil an einer zweiten Komponente des Fahrzeugs, welche in Bezug zu der ersten Komponente in eine Rotationsbewegung um die mindestens eine Radachse des Fahrzeugs versetzbar ist, anbringbar ist, und das erste Behälterteil und das zweite Behälterteil derart aneinander befestigt sind, dass das zweite Behälterteil mittels der in die Rotationsbewegung versetzten zweiten Komponente in Bezug zu dem ersten Behälterteil rotierbar ist, und wobei das erste Behälterteil und das zweite Behälterteil jeweils zumindest teilweise aus einem magnetisch oder elektrisch leitfähigen Material so gebildet sind, dass mittels der Viskositätsänderung zumindest des Teils des magnetorheologischen oder elektrorheologischen Materials ein Kraftschluss zumindest zwischen dem ersten Behälterteil und dem zweiten Behälterteil generierbar ist, mittels welchem die Abbremskraft auf das mindestens eine Rad und/oder die mindestens eine Radachse indirekt ausübbar ist. Der Behälter ist somit auf einfache Weise baulich so ausbildbar, dass über eine Variierung des in dem Behälter vorliegenden magnetischen oder elektrischen Felds die Abbremskraft mitvariierbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die magnetische oder elektrische Einrichtung über einen Seilzug oder über eine hydraulische Anbindung an das Bremsbetätigungselement anbindbar oder angebunden. Somit kann die Fahrerbremskraft direkt zum Aufbauen des magnetischen oder elektrischen Felds mit der Standard-Feldstärke genutzt werden. Beispielsweise kann in diesem Fall ein Aufbau des Felds über ein Hineinziehen eines Permanentmagneten in einen magnetischen Kreis erfolgen. Eine elektrische Energie wird somit nicht benötigt. Selbst bei einem Totalausfall einer Elektronik des Fahrzeugs kann der Fahrer somit sein Fahrzeug noch verlässlich mittels der Fahrerbremskraft in den Stillstand bringen. Außerdem reduziert die direkte Nutzbarkeit der Fahrerbremskraft zum Aufbauen des magnetischen oder elektrischen Felds mit der Standard-Feldstärke einen Energieverbrauch des Fahrzeugs.
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Beispielsweise umfasst die als magnetische Einrichtung ausgelegte magnetische oder elektrische Einrichtung einen Permanentmagneten, welcher derart an das Bremsbetätigungselement anbindbar oder angebunden ist, dass der Permanentmagnet mittels der Betätigung des Bremsbetätigungselements in Bezug zu einem Eisenkern der magnetischen Einrichtung verstellbar ist, wobei an dem Eisenkern eine Spule der magnetischen Einrichtung angeordnet ist, deren Stromquelle mittels des Steuersignals ansteuerbar ist. Eine derart ausgebildete Radbremsvorrichtung ist leicht mittels eines Seilzugs oder mittels einer hydraulischen Anbindung an das Bremsbetätigungselement anbindbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die als elektrische Einrichtung ausgelegte magnetische oder elektrische Einrichtung eine Spannungsquelle, mittels welcher eine variierbare Spannung zwischen einer an dem ersten Gehäuseteil ausgebildeten ersten Elektrode und einer an dem zweiten Gehäuseteil ausgebildeten zweiten Elektrode anlegbar ist, und welche mittels eines von der Bremsbetätigungselektronik des Bremsbetätigungselements bereitgestellten Bremsbetätigungsstärkesignals und mittels des Steuersignals ansteuerbar ist. Die hier beschriebene Radbremsvorrichtung ist kostengünstig und mittels einfach ausführbarer Verfahrensschritte herstellbar.
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Die vorausgehend ausgeführten Vorteile sind auch bei einem Einsatz des Sensor- und/oder Steuergeräts für ein Fahrzeug zum Zusammenwirken mit mindestens einer derartigen Radbremsvorrichtung gewährleistet.
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Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung mindestens eines Drehgeschwindigkeitssignals bezüglich mindestens einer Drehgeschwindigkeit des mindestens einen Rads des Fahrzeugs, eines Geschwindigkeitssignals bezüglich einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eines Beschleunigungssignals bezüglich einer Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder eines Hinderniswarnsignals bezüglich eines vor dem Fahrzeug detektierten Hindernisses als das mindestens eine Sensorsignal eine Soll-Größe bezüglich einer Soll-Verstärkung oder Soll-Abschwächung des von der magnetischen oder elektrischen Einrichtung generierbaren magnetischen oder elektrischen Felds festzulegen und das der Soll-Größe entsprechende Steuersignal an die magnetische oder elektrische Einrichtung bereitzustellen. Somit kann das Sensor- und/oder Steuergerät beispielsweise eine ABS-Funktionalität ausführen. Durch eine Auswertung/einen Vergleich der Drehgeschwindigkeiten der Räder des Fahrzeugs ist ein Wegrutschen der Räder verhinderbar. Ebenso kann mittels einer Auswertung des Geschwindigkeitssignals und/oder des Beschleunigungssignals ein Unfallrisiko signifikant reduziert werden. Des Weiteren kann als Reaktion auf ein Hinderniswarnsignal mittels einer Verstärkung des von der magnetischen oder elektrischen Einrichtung generierbaren magnetischen oder elektrischen Felds ein schnelleres Abbremsen des Fahrzeugs erreicht werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Beispiele für die mittels des Sensor- und/oder Steuergeräts auswertbaren/berücksichtigbaren Signale lediglich beispielhaft zu interpretieren sind.
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Auch ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit mindestens einer derartigen Radbremsvorrichtung und mindestens einem entsprechenden Sensor- und/oder Steuergerät realisiert die oben beschriebenen Vorteile. Somit steigert die vorliegende Erfindung einen Sicherheitsstandard des damit ausgestatteten Bremssystems gegenüber einem Sicherheitsstandard von herkömmlichen Scheiben-, Trommel- und Felgenbremsen. Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung einen verbesserten Sicherheitsstandard gewährleistet, ohne dass dazu eine Bremskraftbegrenzung, beispielsweise in einem Seilzug oder indirekt über eine Einstellung eines Betätigungswegs am Bremshebel, notwendig ist.
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Ebenso sind die Vorteile sicherstellbar durch Nutzung eines Fahrzeugs mit mindestens einer derartigen Radbremsvorrichtung und/oder mindestens einem entsprechenden Sensor- und/oder Steuergerät.
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Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Elektrofahrrad, ein Pedelec, ein Zweirad, ein Fahrrad oder ein Dreirad sein. Auch als motorisiertes Zweirad kann das Fahrzeug ausgebildet sein. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere dazu genutzt werden, das Risiko eines Überschlags eines derartigen Fahrzeugs über einen Vorderlenker zu verhindern.
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Des Weiteren gewährleistet auch ein Ausführen des korrespondierenden Verfahrens zum Betreiben einer Radbremsvorrichtung für ein Fahrzeug die oben beschriebenen Vorteile. Das Verfahren ist entsprechend der bereits beschriebenen Ausführungsformen weiterbildbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1a und 1b schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des Bremssystems;
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2a und 2b schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des Bremssystems; und
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3 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Radbremsvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1a und 1b zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des Bremssystems.
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Das in 1a schematisch dargestellte Bremssystem umfasst mindestens eine Radbremsvorrichtung 10 und ein Sensor- und/oder Steuergerät 12. In der Ausführungsform der 1a und 1b ist das Bremssystem zum Abbremsen eines als Elektrofahrrad 14 (E-Bike) ausgebildeten Fahrzeugs 14 ausgelegt. Entsprechend kann das Bremssystem jedoch auch zum Abbremsen eines Pedelecs oder eines Zweirads, wie insbesondere eines motorisierten Zweirads, ausgelegt sein. Das Bremssystem eignet sich somit besonders zum Abbremsen von Fahrzeugtypen, welche gegenüber reinmuskelbetätigten Fahrzeugen eine deutlich höhere Durchschnittsgeschwindigkeit erreichen können. Wie unten genauer ausgeführt wird, kann das Bremssystem trotz dieser höheren Durchschnittsgeschwindigkeit ein Unfallrisiko eines derartigen motorisierten Fahrzeugs 14 signifikant senken. Außerdem nutzt das Bremssystem den Vorteil, dass bei einem Elektrofahrrad 14, einem Pedelec oder einem motorisierten Zweirad eine elektrische Energiequelle zur Verfügung steht, welche einen Einsatz von Sensorelektroniken und des Sensor- und/oder Steuergeräts 12 wesentlich vereinfacht. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Bremssystem auch für ein reinmuskelbetätigtes Fahrzeug, wie beispielsweise ein Fahrrad, einsetzbar ist. Auch die Ausstattung des Elektrofahrrads/Fahrzeugs 14 mit zwei Rädern 16 ist lediglich beispielhaft zu interpretieren. Das Bremssystem kann z.B. auch für ein Dreirad genutzt werden. Außerdem ist das Bremssystem so weiterbildbar, dass es auch für ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern verwendbar ist.
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In der Ausführungsform der 1a und 1b weist das mit dem Bremssystem ausgestattete Fahrzeug 14 an jedem Rad 16 jeweils einen Drehzahlsensor 18 auf. Der jeweilige Drehratensensor 18 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass er eine Drehrate eines zugeordneten Rads 16 um mindestens zwei, insbesondere um mindestens drei Achsen, bestimmen kann. Außerdem sind ein Beschleunigungssensor, ein Geschwindigkeitssensor und ein Einfederungswegsensor in das Sensor- und/oder Steuergerät 12 integriert, wobei der Beschleunigungssensor vorzugsweise zweidimensional ausgelegt ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausstattung des Fahrzeugs 14 mit diesen Sensoren 18, deren Anbringpositionen und die Nutzung ihrer Signale lediglich beispielhaft zu interpretieren ist.
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Die in 1a lediglich mittels ihrer Anbringposition wiedergegebene Radbremsvorrichtung 10 ist in 1b schematisch dargestellt. Die Radbremsvorrichtung 10 weist einen Behälter auf, von welchem jedoch nur ein erstes Behälterteil 20 und ein zweites Behälterteil 22 skizziert sind. Der Behälter umgibt ein magnetorheologisches Material 24. Unter dem magnetorheologischen Material 24 kann insbesondere eine magnetorheologische Flüssigkeit verstanden werden. Ein geeignetes magnetorheologisches Material 24 ist z.B. eine Suspension aus feinen, magnetisch polarisierten Partikeln in einer Trägerflüssigkeit. Beispielsweise kann Carbonyl-Eisenpulver mit einem Partikeldurchmesser von einigen Mikrometer eingesetzt werden. Die Trägerflüssigkeit kann insbesondere eine Öl-basierte Trägerflüssigkeit sein. Für das magnetorheologische Material 24 können jedoch auch andere Chemikalien eingesetzt werden.
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Beispielhaft sind in der Ausführungsform der 1a und 1b das erste Behälterteil 20 und das zweite Behälterteil 22 (welche der Behälter zumindest umfasst) so ausgebildet, dass das erste Behälterteil 20 an einer ersten Komponente 26 des Fahrzeugs 14 und das zweite Behälterteil 22 an einer anderen zweiten Komponente 28 des Fahrzeugs 14 anbringbar sind. Außerdem ist die zweite Komponente 28 in Bezug zu der ersten Komponente 26 in eine Rotationsbewegung um die mindestens eine Radachse des Fahrzeugs 14 versetzbar. Unter der zweiten Komponente 28 kann somit ein Fahrzeugteil verstanden werden, welches bei einer Drehbewegung zumindest eines benachbarten Rads 16 mitrotierbar ist. Das zweite Behälterteil 22 kann damit mittels einer Drehbewegung des jeweiligen Rads 16 mitrotiert werden. Die zweite Komponente 28 kann beispielsweise eine Radnabe 28 sein.
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Vorzugsweise wird eine Stellung der ersten Komponente 26 durch die Drehbewegung des mindestens einen Rads 16 nicht beeinträchtigt. Die erste Komponente 26 kann somit als eine feste Komponente 26 des Fahrzeugs 14 bezeichenbar sein. Die erste Komponente 26 kann benachbart zu der zweiten Komponente 28 liegen. Beispielsweise kann die erste Komponente 26 des Fahrzeugs 14 als Zweiradgabel 26 ausgebildet sein. Zum Befestigen der Behälterteile 20 und 22 an den Komponenten 26 und 28 können beispielsweise Befestigungsschrauben 30 eingesetzt werden.
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Außerdem sind in der Ausführungsform der 1a und 1b das erste Behälterteil 20 und das zweite Behälterteil 22 derart aneinander befestigt, dass das zweite Behälterteil 22 mittels der in die Rotationsbewegung versetzten zweiten Komponente 28 in Bezug zu dem ersten Behälterteil 20 rotierbar ist. Für die Radbremsvorrichtung 10 sind somit ein drehbarer Abschnitt 32 und in ein fester Abschnitt 34 definierbar. Es wird darauf hingewiesen, dass die Behälterteile 20 und 22 derart aneinander befestigbar/befestigt sind, dass trotz der Rotierbewegung des zweiten Behälterteils 22 in Bezug zu dem ersten Behälterteil 20 kein Austreten des magnetorheologischen Materials 24 zu befürchten ist. Insbesondere können die beiden Behälterteile 20 und 22 so aneinander anordbar/angeordnet sein, dass sie das mit dem magnetorheologische Material 24 befüllte Innenvolumen des Behälters begrenzen. Die Behälterteile 20 und 22 können dabei in einem direkten Kontakt mit dem magnetorheologischen Material 24 vorliegen.
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Das erste Behälterteil 20 und das zweite Behälterteil 22 können jeweils zumindest teilweise aus einem (magnetisch oder elektrisch) leitfähigen Material gebildet sein. Eine Viskositätsänderung zumindest eines Teils des magnetorheologischen Materials 24 bewirkt in diesem Fall einen Kraftschluss zumindest zwischen dem ersten Behälterteil 20 und dem zweiten Behälterteil 22, mittels welchem eine Abbremskraft auf das mindestens eine Rad 16 und/oder mindestens eine Radachse des Fahrzeugs 14 indirekt ausübbar ist. Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele für die Behälterteile 20 und 22 sind jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
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Die Radbremsvorrichtung 10 umfasst auch eine magnetische Einrichtung 36. Die magnetische Einrichtung 36 ist derart an einem Bremsbetätigungselement 38 des Fahrzeugs 14 und/oder einer (nicht skizzierten) Bremsbetätigungselektronik des Bremsbetätigungselements 38 anbindbar oder angebunden, dass mittels der magnetischen Einrichtung 36 in dem Behälter ein magnetisches Feld bewirkbar/generierbar ist. Eine Feldstärkeverteilung des magnetischen Felds kann einer vorgegebenen Standard-Feldstärkeverteilung gemäß einer Bremsbetätigungsstärke einer Betätigung des Bremsbetätigungselements 38 und einer vorgegebenen Bremsbetätigungsstärke-Feldstärkeverteilung-Relation entsprechen. Beispielsweise ist mittels einer auf das Bremsbetätigungselement 38 aufgebrachten Fahrerbremskraft die magnetische Einrichtung 36 derart betätigbar oder ansteuerbar, dass mittels der betätigten oder angesteuerten magnetischen Einrichtung 36 das magnetische Feld mit der vorgegebenen Standard-Feldstärkeverteilung in dem Behälter bewirkbar ist. Dies ist auf einfache Weise gewährleistbar, indem die magnetische Einrichtung 36 über einen Seilzug 40 oder über eine hydraulische Anbindung an das Bremsbetätigungselement 38 angebunden wird. Die hier aufgezählten Möglichkeiten zur Anbindung der magnetischen Einrichtung 36 an das Bremsbetätigungselement 38 sind jedoch nicht einschränkend.
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In der Ausführungsform der 1a und 1b ist das Bremsbetätigungselement 38 als Bremshebel 38 ausgebildet. Eine derartige Ausbildung des Bremsbetätigungselements 38 ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
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Mittels des magnetischen Felds ist eine Viskositätsänderung zumindest eines Teils des magnetorheologischen Materials 24 auslösbar. Der Behälter ist derart an dem Fahrzeug 14 anordbar und so ausgelegt, dass mittels der Viskositätsänderung zumindest des Teils des magnetorheologischen Materials 24 eine Abbremskraft (direkt oder indirekt) auf das mindestens eine Rad 16 des Fahrzeugs 14 und/oder die mindestens eine Radachse des Fahrzeugs 14 ausübbar ist. Sofern in dem Behälter das magnetische Feld mit der vorgegebenen Standart-Feldstärkeverteilung vorliegt, kann die Abbremskraft einer vorgegebenen Standart-Abbremskraft gemäß der Bremsbetätigungsstärke und einer vorgegebenen Bremsbetätigungsstärke-Abbremskraft-Relation entsprechen.
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Die magnetische Einrichtung 36 ist auch mittels eines von dem Sensor- und/oder Steuergerät 12 bereitgestellten Steuersignals 42 so ansteuerbar, dass das magnetische Feld abweichend von der vorgegebenen Standard-Feldstärkeverteilung verstärkbar oder abschwächbar ist. Die auf das mindestens eine Rad 16 und/oder die mindestens eine Radachse direkt oder indirekt ausübbare Abbremskraft ist damit wahlweise steigerbar oder reduzierbar. Wie unten anhand von Beispielen ausgeführt wird, kann auf diese Weise sowohl eine Blockierung des mindestens einen Rads 16 aufgehoben als auch ein schnelleres Abbremsen des Fahrzeugs 14 erreicht werden.
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Das zur Ausgabe des Steuersignals 42 genutzte Sensor- und/oder Steuergerät 12 kann extern von der Radbremsvorrichtung 10 am Fahrzeug 14 angeordnet sein (siehe 1a) oder in die Radbremsvorrichtung 10 integriert sein. Somit ist eine große Freiheit beim Anordnen des Sensor- und/oder Steuergeräts 12 am Fahrzeug 14 gewährleistet.
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Das Sensor- und/oder Steuergerät 12 hat eine Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, unter Berücksichtigung mindestens eines (nicht skizzierten) Sensorsignals mindestens eines externen oder internen Sensors 18 das Steuersignal 42 an die (mindestens eine) magnetische Einrichtung 36 der (mindestens einen) Radbremsvorrichtung 10 des Fahrzeugs 14 auszugeben. Durch das (mittels des Sensorund/oder Steuergeräts 12 realisierte) Mitberücksichtigen des mindestens einen Sensorsignals des mindestens einen Sensors 18 ist eine verbesserte Dosierung der auf das mindestens eine Rad 16 und/oder die mindestens eine Radachse ausgeübten Abbremskraft in (nahezu) jeder Situation möglich. Dies verbessert die Fahrzeugbeherrschung und steigert eine Abbremssicherheit beim Abbremsen des Fahrzeugs 14.
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Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung des mindestens einen Sensorsignals eine Soll-Größe bezüglich einer Soll-Verstärkung oder Soll-Abschwächung des von der magnetischen Einrichtung 36 generierbaren magnetischen Felds festzulegen und anschließend das der Soll-Größe entsprechende Steuersignal 42 an die magnetische Einrichtung 36 bereitzustellen. Beispielsweise kann mindestens ein von dem mindestens einen Drehgeschwindigkeitssensor 18 bereitgestelltes Drehgeschwindigkeitssignal bezüglich mindestens einer Drehgeschwindigkeit des mindestens einen Rads 16 des Fahrzeugs 14 von der Auswerteeinrichtung entsprechend ausgewertet werden. Das Sensor- und/oder Steuergerät 12 kann somit eine ABS-Funktionalität ausführen, um eine Blockierung des mindestens einen Rads 16 des Fahrzeugs 14 zu verhindern. Auf diese Weise kann auch ein Wegrutschen des mindestens einen Rads 16 noch rechtzeitig verhindert werden. Ebenso kann mittels der Auswerteeinrichtung bei einem zu hohen Kraftschluss am Vorderrad das zu hohe Drehmoment um die Vorderachse so schnell behoben werden, dass ein Überschlag des Fahrers über einen Vorderlenker des Fahrzeugs 14 nicht zu befürchten ist. Auch durch ein Berücksichtigen eines Geschwindigkeitssignals bezüglich einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs 14 und/oder eines Beschleunigungssignals bezüglich einer Beschleunigung des Fahrzeugs 14 als das mindestens eine Sensorsignal kann ein Stürzen des Fahrers verhindert werden. Außerdem gewährleistet ein derartiges Auswerten der hier beschriebenen Sensorsignale eine bessere Beherrschbarkeit des Fahrzeugs 14 beim Bremsen auf rutschigen Untergründen, wie beispielsweise bei einem Bremsen auf Schotter oder bei einem Bremsen auf einer nassen Fahrbahn. Des Weiteren kann durch die mittels des Berücksichtigens der Sensorsignale optimierbare Bremskraftverteilung ein Bremsweg des Fahrzeugs 14 verkürzt werden. Durch das Berücksichtigen eines Hinderniswarnsignals bezüglich eines vor dem Fahrzeug 14 detektierten Hindernisses kann außerdem die auf mindestens ein Rad 16 ausgeübte Bremskraft in einer Notbremssituation schnell so verstärkt werden, dass das Fahrzeug 14 noch rechtzeitig in den Stillstand überführbar ist. Das Zusammenwirken der Radbremsvorrichtung 10 mit dem Sensor- und/oder Steuergerät 12 realisiert somit ein Bremssystem, welches nicht nur steuernd, sondern auch regelnd ist.
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In der Ausführungsform der 1a und 1b umfasst die magnetische Einrichtung 36 einen Permanentmagneten 44, welcher derart an das Bremsbetätigungselement 38 anbindbar/angebunden ist, dass der Permanentmagnet 44 mittels der Betätigung des Bremsbetätigungselements 38/der Fahrerbremskraft in Bezug zu einem Eisenkern 46 der magnetischen Einrichtung 36 verstellbar ist. Der Permanentmagnet 44 ist beispielsweise zusammen mit einem daran befestigten Eisenklotz 48 (z.B. entlang einer senkrecht durch das Joch des Eisenkerns 46 verlaufenden Gerade 50) entgegen einer Kraft einer Rückstellfeder 52 so verstellbar, dass der Permanentmagnet 44 die zuvorige Lage des Eisenklotzes 48 in dem Joch des Magnetkerns 46 einnimmt.
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In einer Ausgangslage der magnetischen Einrichtung 36 ist der Eisenkern 46 über den Eisenklotz 48 geschlossen. Im Eisenkern 46 liegt in einer derartigen Situation kein Magnetfeld vor, weshalb das magnetorheologische Material 24 einen vergleichsweise kleinen Fließwiderstand hat. Mittels der Fahrerbremskraft kann der Permanentmagnet 44 anstelle des Eisenklotzes 48 in den Eisenkern 46 verschoben werden, wodurch ein zunehmender Kraftschluss zwischen dem drehbaren Abschnitt 32 und dem festen Abschnitt 34 bewerkstelligbar ist. Dies resultiert in einer Abbremsung des drehbaren Abschnitts 32, wodurch auch das zugeordnete Rad 16 abgebremst wird und das Fahrzeug seine Geschwindigkeit verringert.
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Bei einem Nachlassen der Fahrerbremskraft kann der Permanentmagnet 44 anschließend mittels der Rückstellfeder 52 aus dem Eisenkern 46 herausgezogen werden, wodurch der Eisenklotz 48 in den Eisenkern 46 zurückverstellt wird. Eine nachlassende Betätigung des Bremsbetätigungselements 38 bewirkt damit eine Reduzierung des in dem Behälter vorliegenden Magnetfelds. Dies löst eine Reduzierung des Fließwiderstands des magnetorheologischen Materials 24 aus, wodurch kaum noch eine Bremswirkung auf das zugeordnete Rad 16 erfolgt.
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Außerdem ist in der Ausführungsform der 1a und 1b an dem Magnetkern 46 noch eine Spule 54 angeordnet, deren Stromquelle 56 mittels des Steuersignals 42 ansteuerbar ist. In der Ausgangslage der magnetischen Einrichtung 36 ist die Spule 54 unbestromt. Ein mittels des Bestromens der Spule 54 in dem Eisenkern 46 induziertes Magnetfeld 58 kann das in dem Behälter vorliegende magnetische Feld wahlweise verstärken oder zumindest teilweise aufheben. Somit kann mittels einer baulich leicht realisierbaren magnetischen Einrichtung 36 die vorteilhafte Funktion der Radbremsvorrichtung 10 sichergestellt werden.
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Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in 1b schematisch dargestellte bauliche Ausbildung der magnetischen Einrichtung 36 lediglich beispielhaft zu interpretieren ist. Anstelle einer mechanischen Anbindung des Permanentmagneten 44 an das Bremsbetätigungselement 38 kann die magnetische Einrichtung 36 beispielsweise auch eine weitere Spule umfassen, deren Bestromung mittels der Bremsbetätigungselektronik des Bremsbetätigungselements 38 ansteuerbar ist.
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2a und 2b zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des Bremssystems.
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Bei der in den 2a und 2b lediglich teilweise wiedergegebenen Radbremsvorrichtung 60 ist der Behälter aus zumindest den Behälterteilen 20 und 22 mit einem elektrorheologischen Material 62 befüllt. Auch in einem elektrorheologischen Material 62 kann mittels eines elektrischen Felds eine Viskositätsänderung zumindest eines Teils des elektrorheologischen Materials 62 ausgelöst werden. Somit ist auch in diesem Fall ein Kraftschluss zwischen dem ersten Behälterteil 20 um den zweiten Behälterteil 22 mit der gewünschten einstellbaren Stärke bewirkbar.
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Eine geeignete elektrische Einrichtung 64 kann beispielsweise eine (nicht skizzierte) Spannungsquelle umfassen, mittels welcher eine variierbare Spannung zwischen einer an dem ersten Gehäuseteil 20 ausgebildeten ersten Elektrode 66 und einer an dem zweiten Gehäuseteil 22 ausgebildeten zweiten Elektrode 68 anlegbar ist. Vorzugsweise ist in diesem Fall die Spannungsquelle der elektrischen Einrichtung 64 mittels eines von einer Bremsbetätigungselektronik des Bremsbetätigungselements bereitgestellten Bremsbetätigungsstärkesignals und mittels des Steuersignals 42 ansteuerbar. Die Behälterteile 20 und 22 können insbesondere als zwei voneinander isolierte Metallteile (gemäß einem Kondensatorprinzip) ausgebildet sein. An beide Metallteile kann jeweils ein Plus- oder ein Minuspol der veränderbaren Spannungsquelle angeschlossen sein.
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Unter der Betätigungsstärke der Betätigung des Bremsbetätigungselements kann z.B. die Fahrerbremskraft, ein Fahrerbremsdruck und/oder ein Verstellweg mindestens einer verstellbaren Komponente des Bremsbetätigungselements verstanden werden. Unter dem Bremsbetätigungsstärkesignal wird somit bevorzugt ein Signal verstanden, welches mindestens eine der hier aufgezählten Größen der Betätigungsstärke umfasst/wiedergibt, oder unter Berücksichtigung mindestens einer der hier aufgezählten Größen der Betätigungsstärke variierbar ist. Die elektrische Einrichtung 64 ist mittels des Bremsbetätigungsstärkesignals derart ansteuerbar, dass mittels der angesteuerten elektrischen Einrichtung 64 ein elektrisches Feld mit einer Feldstärkeverteilung entsprechend einer vorgegebenen Standard-Feldstärkeverteilung gemäß der Bremsbetätigungsstärke der Betätigung des Bremsbetätigungselements und einer vorgegebenen Bremsbetätigungsstärke-Feldstärkeverteilung-Relation generierbar/bewirkbar ist.
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2a zeigt die elektrische Einrichtung 64 vor einem Ausgeben eines Bremsbetätigungsstärkesignals. Zwischen den beiden Elektroden 66 und 68 liegt somit (nahezu) kein elektrisches Feld vor.
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2b gibt die mittels eines Bremsbetätigungsstärkesignals 70 angesteuerte elektrische Einrichtung 64 schematisch wieder. Zwischen den beiden Elektroden 66 und 68 liegt ein elektrisches Feld 72 vor, dessen Feldstärkeverteilung entsprechend der Standart-Feldstärkeverteilung ist. (Die Feldstärkeverteilung des elektrischen Felds 72 entspricht der Standart-Feldstärkeverteilung, da kein Steuersignal an die elektrische Einrichtung 64 ausgegeben ist.) Unter Einwirkung des elektrischen Felds 72 bilden die magnetisch polarisierbaren Partikel des elektrorheologischen Materials 62 Ketten aus, welche in Richtung der Feldlinien verlaufen. Mittels des elektrischen Felds 72 ist deshalb ein Fließwiderstand/eine Viskosität des elektrorheologischen Materials 62 hochdynamisch und weitgehend linear veränderbar. Durch eine Ausbildung der Ketten findet insbesondere ein Kraftschluss zwischen den Gehäuseteilen 20 und 22 statt. Eine Stärke des Kraftschlusses ist abhängig von einer lokalen Intensität des elektrischen Felds 72.
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Das in 2b schematisch dargestellte elektrische Feld 72 ist abweichend von der vorgegebenen Standart-Feldstärkeverteilung verstärkbar oder abschwächbar. Dies ist realisiert, indem die elektrische Einrichtung 64 mittels des (nicht skizzierten) Steuersignals zusätzlich ansteuerbar ist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Spannungsquelle auch mechanisch mit dem Bremsbetätigungselement so gekoppelt sein, dass mittels der Betätigung des Bremsbetätigungselements/der Fahrerbremskraft ein Spannungswert der zwischen den Elektroden 66 und 68 anliegenden Spannung veränderbar ist. Beispielsweise bewirkt auch in diesem Fall ein Ziehen des als Bremshebel ausgebildeten Bremsbetätigungselements eine Erhöhung des elektrischen Felds 72 zwischen den beiden Elektroden 66 und 68, wodurch sich gleichzeitig der Kraftschluss zwischen diesen erhöht. Auch auf diese Weise kann das mindestens eine zugeordnete Rad abgebremst werden. Ein Loslassen des Bremshebels ergibt in diesem Fall eine Reduzierung der zwischen den Elektroden 66 und 68 anliegenden Spannung und damit ein Lösen der Bremse.
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3 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Radbremsvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Das Verfahren ist ausführbar mittels einer Radbremsvorrichtung mit einem ein magnetorheologisches oder elektrorheologisches Material umfassenden Behälter und einer magnetischen oder elektrischen Einrichtung, wobei bei einer Betätigung eines Bremsbetätigungselements des Fahrzeugs in dem Behälter mittels der magnetischen oder elektrischen Einrichtung ein magnetisches oder elektrisches Feld bewirkt wird, dessen Feldstärkeverteilung einer vorgegebenen Standart-Feldstärkeverteilung gemäß einer Bremsbetätigungsstärke der Betätigung des Bremsbetätigungselements und einer vorgegebenen Bremsbetätigungsstärke-Feldstärkeverteilung-Relation entspricht, wodurch eine Viskositätsänderung zumindest eines Teils des magnetorheologischen oder elektrorheologischen Materials ausgelöst wird und eine Abbremskraft direkt oder indirekt auf mindestens ein Rad des Fahrzeugs und/oder mindestens eine Radachse des Fahrzeugs ausgeübt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit des Verfahrens nicht auf einen bestimmten Typ einer derart ausgebildeten Radbremsvorrichtung limitiert ist.
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Das Verfahren wird beispielsweise gestartet während ein Fahrer des Fahrzeugs einen Bremsvorgang durch Betätigung des Bremsbetätigungselements einleitet. Mittels der Betätigung des Bremsbetätigungselements wird somit in dem Behälter ein magnetisches oder elektrisches Feld mit der Standard-Feldstärkeverteilung bewirkt.
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In einem Verfahrensschritt S1 wird eine Soll-Größe bezüglich einer Soll-Verstärkung oder Soll-Abschwächung des (von der magnetischen oder elektrischen Einrichtung generierten) magnetischen oder elektrischen Felds festgelegt. Das Festlegen der Soll-Größe erfolgt in dem Verfahrensschritt S1 unter Berücksichtigung mindestens einer von mindestens einem Sensor bestimmten Sensorgröße.
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Beispielsweise können eine Drehgeschwindigkeit mindestens eines Rads des Fahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder ein vor dem Fahrzeug detektiertes Hindernis bei der Festlegung der Soll-Größe berücksichtigt werden. Sofern mittels der Fahrerbremskraft lediglich ein Rad des Fahrzeugs direkt abgebremst wird, kann auch eine Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der beiden Räder bei der Festlegung der Soll-Größe ausgewertet werden. Wird beispielsweise das direkt mittels der Fahrerbremskraft abgebremste Vorderrad zu stark verzögert, so kann sich das Hinterrad von der Fahrbahn abheben. Mittels des Vergleichs der Drehgeschwindigkeiten der beiden Räder kann jedoch rechtzeitig vor einer zu starken Verzögerung am Vorderrad die vorliegende Gefahrensituation erkannt werden. Insbesondere eine extreme Drehzahldifferenz ist ein sicherer Indikator für ein hohes Überschlagsrisiko. Auch anhand eines Signals eines Beschleunigungssensors, wie insbesondere anhand eines ermittelten Beschleunigungsvektors, kann ein Vorliegen des Überschlagrisikos verlässlich erkannt werden. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit, mittels des Beschleunigungssensors eine Schwerpunktlage/eine Gewichtsverlagerung des Fahrers zu erfassen und in der Regelung zu berücksichtigen. Vor allem durch eine Kombination unterschiedlicher Sensorinformationen ist eine gesteigerte Sensitivität erreichbar.
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In einem Verfahrensschritt S2 wird die magnetische oder elektrische Einrichtung derart angesteuert, dass das in dem Behälter vorliegende magnetische oder elektrische Feld entsprechend der festgelegten Soll-Größe abweichend von der vorgegebenen Standart-Feldstärkeverteilung verstärkt oder abgeschwächt wird. Somit bewirkt der Verfahrensschritt S2 ein (an die aktuelle Situation besser angepasstes) Steigern oder Reduzieren der auf das mindestens eine Rad und/oder die mindestens eine Radachse direkt oder indirekt ausgeübten Abbremskraft.
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Wird beispielsweise das Risiko eines möglichen Überschlags erkannt, so kann der Kraftschluss schnell genug reduziert werden. Nach einer Behebung der Gefahr eines möglichen Überschlags kann die Radbremsvorrichtung anschließend ohne einen regelnden Eingriff weiter betrieben werden. Das hier beschriebene Verfahren kann somit die Funktionen eines ABS- oder eines ESP-Systems realisieren. Auch ein Wegrutschen des Fahrzeugs, beispielsweise aufgrund einer zu glatten Fahrbahn, kann mittels der oben beschriebenen Vorgehensweise verlässlich verhindert werden. Sofern jedoch eine Notbremssituation aufgrund eines Hindernisses vor dem Fahrzeug erkannt wird, kann das elektrische oder magnetische Feld verstärkt werden, um durch die gesteigerte Bremsleistung ein rechtzeitiges Abbremsen des Fahrzeugs noch zu gewährleisten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006010656 U1 [0002]
