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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der Bremspedalgegenkraft in einem Fahrzeug mit einem Bremssystem, bei dem sowohl eine hydraulische Fahrzeugbremse als auch eine elektromechanische Bremsvorrichtung zur Erzeugung einer Bremskraft einen Bremskolben verstellen.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2004 004 992 A1 ist eine Feststellbremsanlage mit einem elektrischen Bremsmotor bekannt, über den zur Erzeugung einer das Fahrzeug im Stillstand festsetzenden Klemmkraft ein Bremskolben gegen eine Bremsscheibe verstellt wird. Die Feststellbremsanlage ist in die hydraulische Radbremse integriert, der Bremskolben wird auch von dem hydraulischen Bremsfluid gegen die Bremsscheibe beaufschlagt.
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In der
DE 10 2006 055 766 A1 wird eine kombinierte Fahrzeugbremsanlage beschrieben, die ein hydraulisches Bremssystem an der Vorderachse des Fahrzeugs und ein elektromechanisches Bremssystem an der Hinterachse umfasst. Das Fahrzeug wird von einem Elektromotor angetrieben, der zur Rekuperation von Bremsenergie als Generator betreibbar ist. Das hierbei entstehende Bremsmoment des Elektromotors addiert sich zu dem Bremsmoment, das von dem hydraulischen und dem elektromechanischen Bremssystem erzeugt wird. Um dem Fahrer ein natürliches oder gewohntes Bremsgefühl zu vermitteln, werden im hydraulischen Bremssystem die Einlass- und Auslassventile derart geschaltet, dass dem Weg am Bremspedal eine definierte Kraft-Weg-Charakteristik aufgeprägt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bremspedalgegenkraft in einem Bremssystem eingestellt werden, bei dem sowohl eine hydraulische Fahrzeugbremse als auch eine elektromechanische Bremsvorrichtung, welche einen elektrischen Bremsmotor umfasst, auf den gleichen Bremskolben wirken und diesen gegen eine Bremsscheibe verstellen. Die Bremspedalgegenkraft wird während einer gleichzeitigen Betätigung von hydraulischer Fahrzeugbremse über das Bremspedal und des elektrischen Bremsmotors der elektromechanischen Bremsvorrichtung von einem elektrisch gesteuerten Aktuator in der Weise selbsttätig moduliert, dass die Bremspedalgegenkraft einem vorgegebenen Sollverlauf bzw. einer vorgegeben Charakteristik folgt. Voraussetzung für das selbsttätige Einstellen der Bremspedalgegenkraft ist somit die gleichzeitige Betätigung von hydraulischer Fahrzeugbremse und elektromechanischer Bremsvorrichtung, die beide auf den gleichen Bremskolben wirken.
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In dieser Bremssituation wird der Bremskolben von dem elektrischen Bremsmotor in Richtung Bremsscheibe verstellt, wobei die Bremskolbenverstellung das hydraulische System der Fahrzeugbremse durch die Volumenvergrößerung entlastet, was mit einem Druckabfall in der Bremsleitung einhergeht. Der Druckabfall wird ohne den erfindungsgemäßen Eingriff vom Fahrer am Bremspedal gespürt, da das Bremspedal bei gleichbleibender Bremskraft des Fahrers einen zusätzlichen Weg zurücklegt. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dagegen die Bremspedalkraft selbsttätig in der Weise moduliert, dass von dem üblichen Verlauf der Bremspedalgegenkraft abgewichen wird und stattdessen ein Sollverlauf für die Bremspedalgegenkraft eingestellt wird.
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Diese Vorgehensweise ermöglicht es beispielsweise, die Bremspedalgegenkraft so einzustellen, dass diese trotz der Volumenvergrößerung im hydraulischen Bremssystem gleich bleibt, so dass das Bremspedal bei gleichbleibender Fahrerbetätigung keinen zusätzlichen Weg zurücklegt, sondern in seiner aktuellen Position verharrt. Es sind aber auch sonstige Verläufe der Bremspedalgegenkraft möglich. Beispielsweise kann über den Verlauf der Bremspedalgegenkraft dem Fahrer auf haptische Weise signalisiert werden, dass die elektromechanische Bremsvorrichtung zusätzlich zu der hydraulischen Fahrzeugbremse aktiviert worden ist, zum Beispiel über einen pulsierenden Verlauf der Bremspedalgegenkraft. Im Falle einer Verwendung der elektromechanischen Bremsvorrichtung als Parkbremse kann über die Bremspedalgegenkraft dem Fahrer signalisiert werden, dass der Zuspannvorgang über die elektromechanische Bremsvorrichtung und damit das Erreichen der Zielparkbremskraft erreicht worden ist, zum Beispiel ebenfalls über ein Pulsieren der Bremspedalgegenkraft. Es ist auch möglich, gegenüber dem Verlauf der Bremspedalgegenkraft ohne Eingriff über das erfindungsgemäße Verfahren eine härtere oder eine weichere Kennlinie durchzuführen, zum Beispiel um die Bewegung des Bremspedals zu reduzieren oder zu verstärken.
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Die Beeinflussung der Bremspedalgegenkraft kann sowohl während eines Zuspannvorgangs, bei dem eine Bremskraft erzeugt wird, als auch während eines Lösevorgangs, bei dem die Bremskraft abgebaut wird, durchgeführt werden.
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Die elektromechanische Bremsvorrichtung wird insbesondere zum Einstellen einer Parkbremskraft des geparkten Fahrzeugs eingesetzt. Dementsprechend wird das Verfahren vorzugsweise unterhalb eines Geschwindigkeitsgrenzwerts von beispielsweise 5 km/h, 10 km/h oder 15 km/h oder im Stillstand des Fahrzeugs durchgeführt. Es ist aber auch möglich, das Verfahren bei höheren Geschwindigkeiten durchzuführen und die elektromechanische Bremsvorrichtung zum Erzeugen einer Bremskraft zum Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit einzusetzen, zusätzlich zu der hydraulischen Fahrzeugbremse.
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Die Modulierung des hydraulischen Bremsdrucks kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Es ist beispielsweise möglich, eine Hydraulikpumpe als Aktuator im hydraulischen Bremskreis anzusteuern, zum Beispiel eine Hydraulikpumpe eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP). Allgemein kommen Aktuatoren in der hydraulischen Fahrzeugbremse in Betracht, die selbsttätig zur Beeinflussung der Bremspedalgegenkraft moduliert werden. Bei dem Aktuator kann es sich zusätzlich oder alternativ zu einer Hydraulikpumpe auch um einen elektrisch einstellbaren Bremskraftverstärker handeln, zum Beispiel um einen Elektromotor, der zur Erzeugung einer hydraulischen Bremskraft betätigt wird (iBooster), welcher vorteilhafterweise unmittelbar am Hauptbremszylinder der hydraulischen Fahrzeugbremse sitzt und die Bremspedalbewegung in eine verstärkte Bewegung des Hauptbremszylinderkolbens umsetzt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung kann der Sollverlauf der Bremspedalgegenkraft vom Fahrer vorgegeben werden. Beispielsweise über eine Eingabeeinheit im Fahrzeug, zum Beispiel am Bordcomputer, kann ein vom Fahrer gewähltes Sollverhalten angewählt oder spezifiziert werden. Dies ermöglicht es, das Sollverhalten der Bremspedalgegenkraft zu individualisieren und auf den jeweiligen Fahrtyp abzustimmen.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird der Volumenstrom der hydraulischen Bremsflüssigkeit, der von der Betätigung des elektrischen Bremsmotors erzeugt wird, erfasst und ausgewertet. Der Volumenstrom der hydraulischen Bremsflüssigkeit wird von der Volumenänderung während der Kolbenverstellung durch den elektrischen Bremsmotor erzeugt. Der Volumenstrom führt beim Zuspannvorgang zu dem Druckabfall in der hydraulischen Fahrzeugbremse und dem Einsinken des Bremspedals, was über die Modulation der Bremspedalgegenkraft kompensiert werden kann. Beim Lösevorgang werden dagegen aufgrund der Volumenverkleinerung im Arbeitsraum des Bremskolbens im hydraulischen Bremskreis der Druck sowie die Bremspedalgegenkraft erhöht.
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Die einzelnen Verfahrensschritte laufen in einem Regel- bzw. Steuergerät ab, in welchem Stellsignale zur Ansteuerung der verschiedenen Komponenten des Bremssystems mit der hydraulischen Fahrzeugbremse einschließlich Aktuator und der elektromechanischen Bremsvorrichtung mit dem elektrischen Bremsmotor erzeugt werden. Das Bremssystem umfasst sowohl die hydraulische Fahrzeugbremse als auch die elektromechanische Bremsvorrichtung.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer mit einer hydraulischen Fahrzeugbremse mit einem einen Aktuator bildenden Bremskraftverstärker, wobei die Radbremseinrichtungen der Fahrzeugbremse an der Fahrzeughinterachse zusätzlich als elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor ausgeführt sind,
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2 einen Schnitt durch eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor,
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3 ein Schaubild mit zeitabhängigen Zustandsgrößen der elektromechanischen Bremsvorrichtung während des Zuspannens,
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4 ein Schaubild mit zeitabhängigen Zustandsgrößen der elektromechanischen Bremsvorrichtung während des Öffnens.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte hydraulische Fahrzeugbremse 1 für ein Fahrzeug umfasst einen Vorderachs-Bremskreis 2 und einen Hinterachs-Bremskreis 3 zur Versorgung und Ansteuerung von Radbremseinrichtungen 9 an jedem Rad des Fahrzeugs mit einem unter Hydraulikdruck stehenden Bremsfluid. Die beiden Bremskreise 2, 3 sind an einen gemeinsamen Hauptbremszylinder 4 angeschlossen, der über einen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 5 mit Bremsfluid versorgt wird. Der Hauptbremszylinderkolben innerhalb des Hauptbremszylinders 4 wird vom Fahrer über das Bremspedal 6 betätigt, der vom Fahrer ausgeübte Pedalweg wird über einen Pedalwegsensor 7 gemessen. Zwischen dem Bremspedal 6 und dem Hauptbremszylinder 4 befindet sich ein Bremskraftverstärker 10, der beispielsweise einen Elektromotor umfasst, welcher bevorzugt über ein Getriebe den Hauptbremszylinder 4 betätigt (iBooster). Der Bremskraftverstärker 10 bildet einen elektrisch steuerbaren Aktuator zur Beeinflussung des Bremsdrucks.
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Die vom Pedalwegsensor 7 gemessene Stellbewegung des Bremspedals 6 wird als Sensorsignal an ein Regel- bzw. Steuergerät 11 übermittelt, in welchem Stellsignale zur Ansteuerung des Bremskraftverstärkers 10 erzeugt werden. Die Versorgung der Radbremseinrichtungen 9 mit Bremsfluid erfolgt in jedem Bremskreis 2, 3 über verschiedene Schaltventile, die gemeinsam mit weiteren Aggregaten Teil einer Bremshydraulik 8 sind. Zur Bremshydraulik 8 gehört des Weiteren eine Hydraulikpumpe, die Bestandteil eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) ist.
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In 2 ist die Radbremseinrichtung 9, die an einem Rad an der Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet ist, im Detail dargestellt. Die Radbremseinrichtung 9 ist Teil der hydraulischen Fahrzeugbremse 1 und wird aus dem Hinterachs-Bremskreis mit Bremsfluid 22 versorgt. Die Radbremseinrichtung 9 weist außerdem eine elektromechanische Bremsvorrichtung auf, die bevorzugt zum Festsetzen eines Fahrzeugs im Stillstand eingesetzt wird, jedoch auch bei einer Bewegung des Fahrzeugs, insbesondere bei kleineren Fahrzeuggeschwindigkeiten unterhalb eines Geschwindigkeits-Grenzwerts zum Abbremsen des Fahrzeugs eingesetzt werden kann.
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Die elektromechanische Bremsvorrichtung umfasst einen Bremssattel 12 mit einer Zange 19, welche eine Bremsscheibe 20 übergreift. Als Stellglied weist die Bremsvorrichtung einen Gleichstrom-Elektromotor als Bremsmotor 13 auf, dessen Rotorwelle eine Spindel 14 rotierend antreibt, auf der eine Spindelmutter 15 drehbar gelagert ist. Bei einer Rotation der Spindel 14 wird die Spindelmutter 15 axial verstellt. Die Spindelmutter 15 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 16, der Träger eines Bremsbelags 17 ist, welcher von dem Bremskolben 16 gegen die Bremsscheibe 20 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 20 befindet sich ein weiterer Bremsbelag 18, der ortsfest an der Zange 19 gehalten ist. Der Bremskolben 16 ist auf seiner Außenseite über einen umgreifenden Dichtring 23 strömungsdicht gegenüber dem aufnehmenden Gehäuse abgedichtet.
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Innerhalb des Bremskolbens 16 kann sich die Spindelmutter 15 bei einer Drehbewegung der Spindel 14 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe 20 zu bzw. bei einer entgegen gesetzten Drehbewegung der Spindel 14 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 21 bewegen. Zum Erzeugen einer Klemmkraft beaufschlagt die Spindelmutter 15 die innere Stirnseite des Bremskolbens 16, wodurch der axial verschieblich in der Bremsvorrichtung gelagerte Bremskolben 16 mit dem Bremsbelag 17 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 20 gedrückt wird.
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Für die hydraulische Bremskraft wirkt auf den Bremskolben 16 der hydraulische Druck des Bremsfluids 22 aus der hydraulischen Fahrzeugbremse 1. Der hydraulische Druck kann auch im Fahrzeugstillstand bei Betätigung der elektromechanischen Bremsvorrichtung unterstützend wirksam sein, so dass sich die Gesamt-Bremskraft aus dem elektromotorisch gestellten Anteil und dem hydraulischen Anteil zusammensetzt. Während der Fahrt des Fahrzeugs ist entweder nur die hydraulische Fahrzeugbremse aktiv oder sowohl die hydraulische Fahrzeugbremse als auch die elektromechanische Bremsvorrichtung oder nur die elektromechanische Bremsvorrichtung, um Bremskraft zu erzeugen. Die Stellsignale zur Ansteuerung sowohl der einstellbaren Komponenten der hydraulischen Fahrzeugbremse 1 als auch der elektromechanischen Radbremseinrichtung 9 werden in dem Regel- bzw. Steuergerät 11 erzeugt.
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In 3 ist ein Schaubild mit dem Stromverlauf I, der Spannung U und dem Drehzahlverlauf n des elektrischen Bremsmotors zeitabhängig für einen Zuspannvorgang mit einem Bremskraftaufbau dargestellt. Des Weiteren ist in 3 die elektromechanische Klemmkraft FKl eingetragen, die vom elektrischen Bremsmotor erzeugt wird, sowie der vom Bremsmotor bzw. einem vom Bremsmotor beaufschlagten Stellglied zurückgelegte Weg s während des Zuspannvorgangs. Außerdem ist der Verlauf des hydraulischen Bremsdrucks p im nicht-kompensierten Zustand (strichliert) und im kompensierten Zustand (durchgezogene Linie) während des Bremskraftaufbaus dargestellt.
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Zum Zeitpunkt t1 beginnt der Zuspannvorgang, indem eine elektrische Spannung aufgebracht und der Bremsmotor bei geschlossenem Stromkreis unter Strom gesetzt wird. Die Startphase (Phase I) dauert vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2. Zum Zeitpunkt t2 haben die Spannung U und die Motordrehzahl n ihr Maximum erreicht. Die Phase zwischen t2 und t3 stellt die Leerlaufphase dar (Phase II), in welcher der Strom I sich auf einem Minimumniveau bewegt. Daran schließt sich ab dem Zeitpunkt t3 die Kraftaufbauphase (Phase III) bis zum Zeitpunkt t4 an, in der die Bremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen und mit zunehmender Klemmkraft FKl gegen die Bremsscheibe gedrückt werden. Zum Zeitpunkt t4 erfolgt das Abschalten des elektrischen Bremsmotors durch Öffnen des Stromkreises, so dass im weiteren Verlauf die Drehzahl n des Bremsmotors bis auf Null abfällt. Der Bremsmotor kann gegebenenfalls zusätzlich über einen geschalteten Kurzschluss der Motorzuleitungen in den Motorstillstand abgebremst werden.
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Mit der Phase des Kraftaufbaus zum Zeitpunkt t3 fällt der Kraftanstiegspunkt zusammen. Der Kraftaufbau bzw. der Verlauf der Klemmkraft FKl kann beispielsweise anhand des Verlaufs des Strom I des Bremsmotors ermittelt werden, der grundsätzlich den gleichen Verlauf wie die elektromechanische Klemmkraft aufweist. Ausgehend von dem niedrigen Niveau während der Leerphase zwischen t2 und t3 steigt der Stromverlauf zu Beginn des Zeitpunktes t3 steil an. Dieser Anstieg des Stroms kann detektiert und zum Bestimmen des Kraftanstiegspunktes herangezogen werden. Grundsätzlich kann der Verlauf des Kraftaufbaus aber auch aus dem Spannungs- oder Drehzahlverlauf bzw. aus einer beliebigen Kombination der Signale Strom, Spannung und Drehzahl bestimmt werden.
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Der hydraulische Bremsdruck p sinkt im nicht-kompensierten Zustand gemäß der strichlierten Linie ab, sobald im Zeitpunkt t3 die Kraftaufbauphase beginnt. Der Grund für das Absinken des hydraulischen Drucks p liegt in der Volumenvergrößerung des hydraulischen Systems, hervorgerufen durch die axiale Verstellung des Bremskolbens 16 durch die elektromechanische Radbremseinrichtung 9. Das Absinken des Bremsdrucks p hat auch ein Absinken der Bremspedalgegenkraft im Bremspedal zur Folge, was vom Fahrer über ein Nachgeben des Bremspedals bemerkt wird, auch wenn die vom Fahrer ausgeübte Pedalkraft nicht erhöht wird.
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Um Irritationen des Fahrers durch dieses Verhalten des Bremspedals zu vermeiden, kann die Bremspedalgegenkraft so eingestellt werden, dass ein Nachgeben des Bremspedals vermieden wird. Dies erfolgt durch eine Erhöhung des hydraulischen Drucks p in der hydraulischen Fahrzeugbremse, so dass, wie in 3 dargestellt, der Bremsdruck p den mit durchgezogener Linie dargestellten konstanten Wert beibehält. Um dies zu realisieren, wird in der hydraulischen Fahrzeugbremse ein elektrisch steuerbarer Aktuator betätigt, beispielsweise eine Hydraulikpumpe eines ESP-Systems, so dass statt des Absinkens gemäß strichlierter Linie ein konstanter Bremsdruck p erreicht wird. Dementsprechend ändert sich auch die Bremspedalgegenkraft nicht.
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In 4 ist ein weiteres Schaubild mit dem zeitabhängigen Verlauf der Klemmkraft FKl, des Stroms I sowie des Bremsdruckes p in der hydraulischen Fahrzeugbremse dargestellt. Zusätzlich ist der Schaltungsverlauf SW eines Schalters zum Ein- und Ausschalten der elektromechanischen Radbremseinrichtung dargestellt. 4 bezieht sich auf einen Lösevorgang mit einem Abbau der Klemmkraft FKl.
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Über den Schalter SW wird die Löseanforderung geteilt. Zum Zeitpunkt tF beginnt die Kraftabbauphase mit einem Absinken der Klemmkraft FKl bis zum Wert null. Durch die Verstellung des Bremskolbens in Richtung der Ausgangsposition wird das Volumen im hydraulischen Bremskreis verringert, was gemäß der strichlierten Linie mit einem Anstieg des Bremsdrucks p einhergeht.
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Um den Bremsdruckanstieg, dem auch ein Anstieg der Bremspedalgegenkraft entspricht, zu kompensieren und den mit durchgezogener Linie dargestellten, konstanten Verlauf des Bremsdrucks p einzustellen, kann ebenfalls ein Aktuator wie zum Beispiel ein Bremskraftverstärker angesteuert werden, über den der hydraulische Bremsdruck p reduziert wird.
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Die Modulation des Bremsdrucks zur Einstellung einer gewünschten Bremspedalgegenkraft kann abweichend von einem konstanten Verlauf des Bremsdrucks auch als nicht-konstanter Verlauf durchgeführt werden. Hierdurch ist es möglich, im Bremspedal eine entsprechend nicht-konstante Gegenkraft zu erzeugen, beispielsweise ein Pulsieren der Gegenkraft, um dem Fahrer auf haptische Weise eine Zustandsänderung im Bremssystem mitzuteilen, zum Beispiel das Erreichen eines definierten Klemmkraftniveaus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004004992 A1 [0002]
- DE 102006055766 A1 [0003, 0004]
- DE 102007030441 B4 [0004]
