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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer hydraulischen Bremsanlage mit einem Hauptbremszylinder, einem Linearaktuator, einer hydraulischen Pumpe und zumindest einer Radbremse, wobei die hydraulische Bremsanlage durch Ausüben einer Kraft auf den Hauptbremszylinder, insbesondere durch Betätigung eines Bremspedals, aus einem Ruhezustand aufgeweckt wird.
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Im Zuge der Automatisierung von Kraftfahrzeugen ist es nötig mehrfache Redundanzen in sicherheitskritischen Systemen wie Bremsanlagen einzubauen. Insbesondere bei vollautomatischem Fahren fällt der Fahrer als Rückfallebene zur Erzeugung einer Bremskraft aus. Moderne hydraulische Bremsanlagen weisen daher oftmals zwei oder mehr unabhängige Aktuatoren zum Aufbau eines hydraulischen Drucks in den Radbremsen auf. Typischerweise wird dabei ein Linearaktuator mit einer hydraulischen Pumpe als zwei verschiedene Arten von Aktuatoren kombiniert, um deren jeweiligen Vorteile ausnutzen zu können. Als letzte Rückfallebene ist jedoch meist weiterhin ein direkter Durchgriff des Fahrers auf die Radbremsen vorgesehen. Um dies zu erreichen, werden die hydraulischen Ventile typischerweise derart ausgebildet, dass diese im stromlosen Zustand eine Verbindung zwischen einem Hauptbremszylinder, und damit dem Bremspedal, mit den Radbremsen herstellen. Bei einem vollständigen Ausfall der Bremssystemsteuerung mit den Stromversorgungen der hydraulischen Ventile, ist somit zumindest die mechanische Funktionalität der Bremsanlage gewährleistet.
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Da die hydraulischen Ventile einen nicht zu vernachlässigenden Strombedarf aufweisen, wird die Bremsanlage bei nicht Gebrauch, insbesondere wenn das Fahrzeug abgestellt und die Zündung deaktiviert wird, in einen Ruhezustand versetzt. Bei Vorliegen einer von mehreren Aufwachkriterien wird die Bremsanlage von dem Ruhezustand wieder in einen Betriebszustand versetzt. Eines der Aufwachkriterien ist das Ausüben einer Kraft auf das Bremspedal. Wird die Bremsanlage durch Ausüben einer Kraft auf das Bremspedal aus dem Ruhezustand aufgeweckt, so befinden sich die hydraulischen Ventile im Allgemeinen vorerst nicht im bevorzugten Zustand für eine normale Bremsfunktion.
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Je nach hydraulischer Verschaltung kann daher beim Aufwecken am Bremspedal entweder ein hartes Pedalgefühl auftreten oder noch keine Bremskraftverstärkung zur Verfügung stehen.
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Da sich bei einem harten Pedalgefühl die Bremskraft durch den Fahrer nur sehr schlecht regulieren lässt und die vom Fahrer aufgebrachte Bremskraft ohne Bremskraftverstärkung gegebenenfalls unzureichend ist, befindet sich ein solches System direkt nach dem Aufwachen in einem nicht optimalen Zustand.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem bereits beim Aufwecken der Bremsanlage aus einem Ruhezustand eine optimalere Funktionalität zur Verfügung steht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 1 bei dem die hydraulische Bremsanlage durch Ausüben einer Kraft auf den Hauptbremszylinder aus einem Ruhezustand aufgeweckt wird. Sobald eine Pedalbetätigung festgestellt wird, wird eine strömungsoffene hydraulische Verbindung zwischen dem Linearaktuator und dem Hauptbremszylinder hergestellt. Somit wird durch Betätigung des Hauptbremszylinders hydraulisches Volumen in den Linearaktuator verschoben. Der Linearaktuator wird dabei derart angesteuert, dass dieser eine Gegenkraft erzeugt, welche der auf den Hauptbremszylinder ausgeübten Kraft entgegengerichtet ist. Die Kraft auf den Hauptbremszylinder erzeugt einen hydraulischen Druck, welcher durch die strömungsoffene Verbindung in den Linearaktuator geleitet wird. Dieser wird durch den hydraulischen Druck zurückgeschoben, das heißt, es wird Bremsflüssigkeitsvolumen in den Linearaktuator hineingedrückt. Die Gegenkraft ist nun derart ausgebildet, dass Sie dieser Bewegung entgegenwirkt, jedoch nur in dem Rahmen, dass sich der Linearaktuator unter Einwirkung des Druckes durch den Hauptbremszylinder weiter zurückbewegt. Die Größenverhältnisse zwischen auf den Hauptbremszylinder ausgeübter Kraft und der Gegenkraft des Linearaktuators hängen dabei von den aktiven Flächen des Linearaktuators und des Hauptbremszylinders ab. Die auf den Linearaktuator wirkende Kraft ergibt sich aus der Multiplikation des dort herrschenden hydraulischen Drucks mit der wirkenden Fläche des verschiebbaren Kolbens des Linearaktuators. Die durch den Linearaktuator aufgebaute Gegenkraft, welche sich aus dem Motormoment des Linearaktuators ergibt, wird kleiner als diese Kraft gewählt.
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Außerdem wird die hydraulische Pumpe strömungsoffen mit der zumindest einen Radbremse verbunden und angesteuert, hydraulisches Volumen in die zumindest eine Radbremse zu verschieben. Somit fungiert der Linearaktuator nicht als Druckbeaufschlagungseinrichtung, sondern als Simulator, um eine weiches Pedalgefühl zu erzeugen, wobei die eigentliche Aufgabe des Linearaktuators, einen Bremsdruck in den Radbremsen zu erzeugen, von der hydraulischen Pumpe übernommen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die hydraulische Bremsanlage eine Vielzahl hydraulischer Ventile und der Ruhezustand der Bremsanlage ist ein Zustand, in dem die hydraulischen Ventile der Bremsanlage in ihrem jeweiligen stromlosen Zustand sind. Im Ruhezustand ist der Energieverbrauch der Bremsanlage daher minimal oder sogar null. Damit wird gewährleistet, dass ein Energiespeicher des Fahrzeugs, wie eine Fahrzeugbatterie, auch nach längerem Stillstand noch genügend Energie aufweist, um das Fahrzeug sicher starten zu können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Gegenkraft basierend auf einer Betätigungsgröße bestimmt. Beispielsweise kann durch eine Recheneinheit die Betätigungsgröße, beispielsweise über einen Sensor, gemessen werden und mittels einer Rechenregel oder einer hinterlegten Kennlinie die zugehörige Gegenkraft bestimmt werden. Diese Gegenkraft kann dann durch den Linearaktuator erzeugt werden, indem dieser beispielsweise mit einem dazu nötigen Motormoment angetrieben wird oder auf eine entsprechende Leistung oder Stromaufnahme geregelt wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt die Gegenkraft mit steigender Betätigungsgröße zu, indem beispielsweise die Rechenregel oder Kennlinie passend gewählt wird. Dies führt dazu, dass das Pedal beim Betätigen ein immer härter werdendes Pedalgefühl aufweist. Damit wird die normale Reaktion einer mechanischen Bremsanlage simuliert. Durch ein solches Verhalten lässt sich der Bremsdruck durch den Fahrer sehr genau dosieren.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht in einem ersten Bereich der Betätigungsgröße die Gegenkraft in einem ersten Verhältnis zur Betätigungsgröße und in einem zweiten Bereich der Betätigungsgröße steht die Gegenkraft in einem zweiten Verhältnis zur Betätigungsgröße. Bei einer Kennlinie lässt sich diese somit in zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlicher Steigung aufteilen. Ein solches Verhalten kann jedoch auch durch eine passende Rechenregel implementiert sein. Insbesondere kann die Betätigungsgröße in dem zweiten Bereich größer sein als in dem ersten Bereich und das zweite Verhältnis größer sein als das erste Verhältnis. Mit anderen Worten wird eine Kennlinie im Bereich größerer Werte der Betätigungsgröße steiler. Auch dieses Verhalten kann jedoch auch mittels einer Rechenregel oder anderer Vorschriften und/oder Daten implementiert sein.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Betätigungsgröße eine Bremspedalposition, eine Linearaktuatorposition und/oder einen Hauptbremszylinderdruck. All diese Größen können genutzt werden, um festzustellen ob und wie stark ein Fahrer ein Bremspedal betätigt hat. Dazu kann jeweils eine passende Sensorik vorgesehen sein. Die Bremspedalposition kann mittels eines Pedalwegsensors am Bremspedal bestimmt werden. Die Linearaktuatorposition kann über einen entsprechenden Positionssensor am Kolben, einen Sensor eines Motors des Linearaktuators oder softwareseitig durch speichern der vorgenommenen Bewegungen ausgehend von einer Nullposition realisiert werden. Der Hauptzylinderdruck kann mittels eines hydraulischen Drucksensors im Bremssystem gemessen werden, der zum Zeitpunkt der Messung strömungsoffen mit dem Hauptbremszylinder verbunden ist oder direkt in diesem angeordnet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die strömungsoffene hydraulische Verbindung zwischen Linearaktuator und Hauptbremszylinder durch Öffnung eines hydraulischen Ventils hergestellt. Im Normalbetrieb sind Linearaktuator und Hauptbremszylinder typischerweise voneinander getrennt, da diese als alternative Druckquellen dienen. Durch entsprechende Schaltung des oder der zwischenliegenden hydraulischen Ventile kann jedoch auf einfache Weise eine strömungsoffene Verbindung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die hydraulische Pumpe in Abhängigkeit einer Bremsanforderungsgröße angesteuert wird. Somit wird ein Bremsdruck und damit die Bremskraft bedarfsgerecht geregelt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bremsanforderungsgröße eine Bremspedalposition, eine Linearaktuatorposition und/oder einen Hauptbremszylinderdruck. Die Bremsanforderungsgröße kann somit aus der gleichen Gruppe wie die Betätigungsgröße gewählt werden. Sie kann somit identisch wie die Betätigungsgröße sein oder es kann eine andere Größe gewählt werden. Die Größen können wie bereits für die Betätigungsgröße dargelegt bestimmt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bremsanlage eine Simulatoreinheit, welche über ein stromlos geschlossenes hydraulisches Ventil, das Simulatorventil, mit dem Hauptbremszylinder verbunden ist. Aufgabe des Simulators ist es im Brake-by-wire Modus ein passendes Pedalgefühl zu simulieren. Der Simulator könnte daher auch beim Aufwecken der Bremsanlage ein weiches Pedalgefühl erzeugen, ist aber typischerweise durch das stromlos geschlossene Ventil im Ruhezustand vom Hauptbremszylinder und damit dem Bremspedal abgekoppelt. Wird die Bremsanlage durch Betätigung des Bremspedals aufgeweckt, so liegt durch die Bremspedalbetätigung bereits ein Druck am Simulatorventil an. Aus Kostengründen ist dieses meist derart ausgelegt, dass es unter Druck nicht öffnen kann. Somit steht der Simulator direkt beim Aufwecken aus dem Ruhezustand nicht zur Verfügung, um ein weiches Pedalgefühl zu erzeugen. Da die Simulatorfunktion jedoch erfindungsgemäß durch den Linearaktuator zur Verfügung gestellt wird, kann das Simulatorventil kostengünstig ausgeführt sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine hydraulische Verbindung zwischen Hauptbremszylinder und Radbremse geschlossen, sodass insbesondere keine strömungsoffene Verbindung zwischen Hauptbremszylinder und Radbremse besteht. Der Bremsdruck in den Radbremsen, welcher durch die hydraulische Pumpe zur Verfügung gestellt wird, kann somit nicht in den Hauptbremszylinder gelangen, was zu einer Einwirkung auf das Bremspedal und zu ungewollten Rückkopplungen führen könnte.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hauptbremszylinder als ein Tandemhauptbremszylinder mit zwei Kammern ausgebildet, wobei nur eine Kammer mit dem Linearaktuator strömungsoffen verbunden wird, während die andere Kammer keine strömungsoffene Verbindung mit dem Linearaktuator aufweist. Dies ist ausreichend, um ein akzeptables Pedalgefühl zu gewährleisten, während die Kosten für eine weitere Verbindung eingespart werden können.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Bremsanlage umfassend einen Hauptbremszylinder, einen Linearaktuator, eine hydraulische Pumpe und zumindest eine Radbremse, wobei eine Steuereinrichtung der Bremsanlage vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, eines der vorstehend beschriebenen Verfahren durchzuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsanlage umfasst die Steuereinrichtung zumindest eine erste Steuereinheit und eine zweite Steuereinheit, wobei die erste Steuereinheit zur Ansteuerung der hydraulischen Pumpe eingerichtet ist und die zweite Steuereinheit zur Ansteuerung des Linearaktuators eingerichtet ist. Durch die Aufteilung der Ansteuerung auf zwei getrennte Steuereinheiten wird eine zusätzliche Redundanz gegeben. Bei Ausfall einer der Steuereinheiten kann die jeweils andere Druckbeaufschlagungseinrichtung noch sicherstellen, dass fahrerunabhängig ein Bremsdruck in den Radbremsen aufgebaut werden kann.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen. Dabei gehören alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination zum Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
- 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Bremsanlage,
- 2 zeigt eine Kennlinie der Gegenkraft;
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In 1 ist eine hydraulische Bremsanlage 1 dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die Bremsanlage 1 ist mit einer erweiterten Redundanz ausgestattet, wie sie für autonomes Fahren benötigt wird. Die Bremsanlage 1 arbeitet in einem normalen Betriebsmodus nach dem Brake-by-wire Verfahren. Dabei wird durch den Fahrer eine Bremskraft auf einen Hauptbremszylinder 3 ausgeübt, der als Tandem-Hauptbremszylinder 3 ausgeführt ist. Dadurch wird hydraulisches Volumen über ein geöffnetes Simulatorventil 10 in einen Simulator 4 verschoben, durch den ein Pedalgefühl generiert wird. In der gezeigten Ausführungsform wird lediglich eine Kammer des
Tandem-Hauptbremszylinders 3 mit dem Simulator 4 verbunden, während die zweite Kammer lediglich gegen ein geschlossenes erstes Absperrventil 21 drückt. Das erste Absperrventil 21 verbindet den Tandem-Hauptbremszylinder 3 mit einem ersten Teilkreis der Bremsanlage 1, der die Radbremsen 8, 9 der Räder hinten links und vorne rechts mit den jeweiligen Einlassventilen 14 und Auslassventilen 15 umfasst. Ein zweites Absperrventil 22 verbindet den Tandem-Hauptbremszylinder 3 mit dem zweiten Teilkreis der Bremsanlage 1. Der zweite Teilkreis der Bremsanlage 1 umfasst die Radbremsen 6, 7 der Räder hinten rechts und vorne links mit den jeweiligen Einlassventilen 14 und Auslassventilen 15. Auch das zweite Absperrventil 22 ist im normalen Betriebsmodus geschlossen. In der gezeigten Ausführungsform sind erster und zweiter Teilkreis im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut. Eine andere Verteilung der Radbremsen 6, 7, 8, 9 auf den ersten und zweiten Teilkreis, beispielsweise mit beiden Vorderradbremsen im ersten Teilkreis und den Hinterradbremsen im zweiten Teilkreis, ist ebenfalls möglich.
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Weiter ist in der Bremsanlage 1 ein Linearaktuator 5 vorgesehen, der über ein erstes Versorgungsventil 19 mit dem ersten Teilkreis verbunden ist und über ein zweites Versorgungsventil 20 mit dem zweiten Teilkreis verbunden ist. Das erste Versorgungsventil 19 trennt den ersten Teilkreis vom Linearaktuator 5 und das zweite Versorgungsventil 20 trennt den zweiten Teilkreis vom Linearaktuator 5. Durch den symmetrischen Aufbau kann auch der zweite Teilkreis als erster Teilkreis und der erste Teilkreis als zweiter Teilkreis im Sinne der Erfindung aufgefasst werden. In einem normalen Betriebsmodus sind das erste Versorgungsventil 19 und das zweite Versorgungsventil 20 geöffnet, sodass der Linearaktuators 5 Bremsflüssigkeit in alle Radbremsen 6, 7, 8, 9 fördern kann. Die Bremsflüssigkeit fließt dabei aus dem Linearaktuator 5, durch ein geöffnetes Umschaltventil 25 des jeweiligen Teilkreises und das Eingangsventil 14 der jeweiligen Radbremsen 6, 7, 8, 9. Die Pumpentrennventile 24 der beiden Teilkreise sind im normalen Betriebsmodus geschlossen. Die Bremskraft wird somit durch den Linearaktuator 5 generiert.
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Zu einem Druckabbau der Radbremsen 6, 7, 8, 9, beispielsweise bei einer ABS Regelung, können die Auslassventile 15 der einzelnen Radbremsen 6, 7, 8, 9 geöffnet werden. Die Bremsflüssigkeit fließt dann durch das jeweilige Auslassventil 15 in einen Niederdruckspeicher 27 des jeweiligen Teilkreises.
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Beide Teilkreise weisen je eine hydraulische Pumpe 26 auf, die je mit einem Umschaltventil 25, einem Pumpentrennventil 24 und einem Niederdruckspeicher 27 verbunden ist. In einer Rückfallebene können die Umschaltventile 25 geschlossen und die Pumpentrennventile 24 geöffnet werden. Werden dann die hydraulischen Pumpen 26 aktiviert, pumpen diese Bremsflüssigkeit in die Radbremsen 6, 7, 8, 9. Die hydraulischen Pumpen 26 verstärken somit den durch den Fahrer über den Tandemhauptbremszylinder 3 ausgeübten Bremsdruck.
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Der erste Teilkreis und der zweite Teilkreis sind somit im Wesentlichen parallel aufgebaut. Der Systemdruck im ersten Teilkreis kann durch eine Druckmesseinrichtung 16 bestimmt werden. Darüber hinaus ist am Tandemhauptbremszylinder 3 eine weitere Druckmesseinrichtung 17 angeordnet, um den vom Fahrer ausgeübten Bremsdruck zu bestimmen. Durch ein Nachsaugventil 23 kann eine Verbindung des zweiten Teilkreises zu dem Reservoir 2 hergestellt werden. Dieses kann insbesondere geschaltet werden, wenn das Bremsflüssigkeitsvolumen in dem Bremskreis verringert werden soll.
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1 zeigt die hydraulischen Ventile der Bremsanlage 1 in ihrem stromlosen Zustand, wie dieser im Ruhezustand eingenommen wird. Beim Aufwecken aus dem Ruhezustand sollen die hydraulischen Ventile in Ihren Betriebszustand versetzt und daher zumindest teilweise bestromt werden. Wie bereits erwähnt, würden im Normalbetrieb die Versorgungsventile 19, 20 geöffnet und die Absperrventile 21, 22 geschlossen, sodass ein Bremsdruck durch den Linearaktuator 5 aufgebaut und an die Radbremsen 6, 7, 8, 9 geleitet werden könnte. Das Pedalgefühl würde dabei durch den Simulator 4 generiert, welcher über Schalten des Simulatorventils 10 mit dem Hauptbremszylinder verbunden werden müsste. Wird die Bremsanlage 1 jedoch über die Betätigung des Bremspedals aufgeweckt, so liegt bereits ein Druck am Hauptbremszylinder 3 und damit am Simulatorventil 10 an. Das Simulatorventil 10 kann daher nicht öffnen.
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Entsprechend ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Simulatorventil 10 geschlossen zu lassen. Stattdessen werden die Absperrventile 21, 22 sowie die Versorgungsventile 19, 20 geöffnet und die Umschaltventile 25 geschlossen. Somit besteht eine Verbindung zwischen Hauptbremszylinder 3 und Linearaktuator 5 sowie getrennt davon eine Verbindung zwischen den hydraulischen Pumpen 26 und den Radbremsen 6, 7, 8, 9. Basierend auf der Pedalposition, welche durch einen Pedalwegsensor gemessen wird, wird nun der Linearaktuator 5 angesteuert eine Gegenkraft zu erzeugen, welche als Simulator fungiert und ein weiches Pedalgefühl erzeugt. Dazu wird basierend auf einer Kennlinie für jede Pedalposition eine passende Gegenkraft ausgewählt und der Linearaktuator 5 angesteuert diese Gegenkraft zu erzeugen. Gleichzeitig wird, ebenfalls basierend auf der Pedalposition, die hydraulische Pumpe angesteuert, einen hydraulischen Druck in den Radbremsen 6, 7, 8, 9 zu erzeugen. Somit wird bereits beim Aufwecken der Bremsanlage 1 die volle Funktionalität sichergestellt. Bei einem nachfolgenden Druckabbau am Hauptbremszylinder kann dann das Simulatorventil 10 geöffnet werden und bei erfolgreichem Öffnen die übrigen Ventile in Ihren Zustand für den Normalbetrieb versetzt werden.
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In 2 ist eine Kennlinie dargestellt, die für jede Pedalposition 28 direkt ein für die Gegenkraft benötigtes Motormoment 29 des Linearaktuators 5 angibt. In einem ersten Bereich 30 ist das Pedal noch sehr weich, da mit steigendem Pedalweg nur eine geringe Zunahme des Motormoments 29 und damit der Gegenkraft des Linearaktuators 5 einhergeht. In einem zweiten Bereich 31 wird die Kennlinie wesentlich steiler, sodass bereits bei einer kleinen Bewegung das Motormoment 29 und damit die Gegenkraft des Linearaktuators 5 stark zunimmt. Das Pedalgefühl ist hier wesentlich härter.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsanlage
- 2
- Bremsflüssigkeitsreservoir
- 3
- Tandemhauptbremszylinder
- 4
- Simulator
- 5
- Linearaktuator
- 6
- Radbremse
- 7
- Radbremse
- 8
- Radbremse
- 9
- Radbremse
- 10
- Simulatorventil
- 14
- Einlassventil
- 15
- Auslassventil
- 16
- Systemdrucksensor
- 17
- Hauptbremszylinderdrucksensor
- 19
- Erstes Versorgungsventil
- 20
- Zweites Versorgungsventil
- 21
- Erstes Absperrventil
- 22
- Zweites Absperrventil
- 23
- Nachsaugventil
- 24
- Pumpentrennventil
- 25
- Umschaltventil
- 26
- Hydraulische Pumpe
- 27
- Niederdruckspeicher
- 28
- Pedalweg
- 29
- Motormoment
- 30
- Erster Bereich
- 31
- Zweiter Bereich
