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Die Erfindung betrifft eine blockiergeschützte, hydraulische
Fahrzeugbremsanlage mit passivem Plunger und einer mit einem Hauptzylinder
verbundenen Eingangskammer und einer mit einem Radbremszylinder
verbundenen Ausgangskammer, mit einem Trennventil zwischen Ein-
und Ausgangskammer, wobei das Trennventil im Blockierschutz-Regelungsfall
plungerbetätigt
unter Volumenvergrößerung der
Ausgangskammer geschlossen wird, mit einem servomotorangetriebenen,
in eine frei vorgebbare Soll-Winkelstellung drehbaren Exzenter-Mechanismus
zum Verschieben des Plungers, wobei dieser im Nicht-Regelungsfall
in seine eine Endlage hin verschoben wird, und wobei der Exzenter-Mechanismus dann
an einem mechanischen Anschlagelement anliegt.
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Bei modernen Fahrzeugen ist ein Antiblockierbremssystem
(ABS) zur Durchführung
einer optimalen Bremsregelung angebracht. Bei dem ABS wird eine
Schlupfrate aus einer Drehzahl eines Rads des fahrenden Fahrzeugs
und der Fahrgeschwindigkeit berechnet, und die Bremskraft wird auf
der Basis der Schlupfrate optimal geregelt.
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Bei einem herkömmlichen ABS-System der obigen
Art, wie es z.B. in der
JP
05-079543 A offenbart ist, ist ein Aktuator für die Antiblockierbremse zum
Mindern, Halten und Erhöhen
des Bremshydraulikdrucks zwischen einem Hauptzylinder, der eine
Bremsbetätigung
in einen Hydraulikdruck wandelt, und einem Radbremszylinder angeschlossen. Der
Aktuator beinhaltet einen Servomotor zum Versetzen eines Exzenters
des Aktuators auf der Basis einer Schlupfrateninformation des Rads,
und der Exzenter öffnet
und schließt
ein Trennventil durch einen Plunger, um hierdurch den auf den Radbremszylinder
ausgeübten
Bremshydraulikdruck zu regeln.
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Bei Nichtbetrieb der ABS-Regelung
wird der Plunger zu einer Endlage eingefahren, sodass das Trennventil
in dem offenen Zustand gehalten wird. Der Winkel des Exzenters zum
Positionieren des Plungers an der einen Endlage befindet sich an
einer Drehgrenze für
den Exzenter. Daher wird beim Ende der ABS-Regelung dem Servomotor
die Drehgrenze des Exzenters als Sollwinkel vorgegeben, und der Exzenter
wird gedreht, bis ein an einem Teil des Exzenters vorgesehenes Positionierungselement
auf das Anschlagelement auftrifft.
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Bei der obigen herkömmlichen
Ausführung wird
der dem Servomotor vorgegebene Sollwinkel auf einen Winkel gesetzt,
der die Drehgrenze des Exzenters überschreitet, sodass beim Ende
der ABS-Regelung der Plunger mit Sicherheit zu der einen Endlage
eingefahren wird, und zwar unabhängig von
der Montagepräzision
des Aktuators, des Exzenters und dgl. und individueller Schwankungen
der Bauteile.
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Auch wenn daher das Positionierungselement
seitens des Exzenters auf das Anschlagelement trifft und der Servomotor
plötzlich
blockiert wird, bleibt der Servomotor weiterhin unter Spannung,
weil der Istwinkel des Exzenters den Sollwinkel nicht erreicht.
Daher besteht das technische Problem, dass nutzloser elektrischer
Strom zum Servomotor fließt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
eine blockiergeschützte
hydraulische Fahrzeugbremsanlage der eingangs genannten Art anzugeben,
welche die oben erwähnten
Probleme vom Stand der Technik löst
und in der der Plunger, der durch den mit dem Servomotor verbundenen
Exzenter versetzt wird, sicher an einer vorbestimmten Stelle angeordnet
werden kann, die der Drehgrenze des Exzenters entspricht, ohne dass
der Servomotor nutzlos elektrischen Strom verbraucht.
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Zur Lösung der obigen Aufgabe wird
erfindungsgemäß eine blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage
der obigen Art angegeben, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die
Verschiebung des Plungers in seine eine Endlage derart erfolgt,
dass dem Servomotor ein Sollwinkel vorgegeben wird, der der Endlage
vorausgeht, bei dem aber das Trennventil sicher geöffnet ist,
und dass danach die Stromzufuhr zum Servomotor abgeschaltet wird und
die Verschiebung des Plungers in seine Endlage allein durch die
Kraft einer Rückstellfeder
vollendet wird.
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Erfindungsgemäß lassen sich die folgenden Effekte
erzielen:
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- (1) Der Plunger, der durch den mit dem Servomotor
verbundenen Exzentermechanismus verschoben wird, kann mit Sicherheit
an einer vorbestimmten Stelle entsprechend der Drehgrenze des Exzentermechanismus
angeordnet werden, ohne dass der Servomotor nutzlos elektrischen Strom
verbraucht.
- (2) Da der Sollwinkel in einen Winkelbereich hinein gelegt wird,
in dem das Trennventil in dem offenen Zustand gehalten werden kann,
nämlich
in einer Stellung, in der sich die Bremsbetätigung durch den Fahrer auf
die Bremskraft auswirkt, beeinflusst eine Minderung der Drehgeschwindigkeit des
Exzentermechanismus unmittelbar vor der Drehgrenze die Bremsbetätigung durch
den Fahrer überhaupt
nicht.
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Die Erfindung wird nun in Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Darin wird der Plunger als Erweiterungskolben bezeichnet, das Trennventil
als Sperrventil, die Endlage als Drehgrenze, die Eingangskammer
als eingangsseitige Hyraulikkammer und die Ausgangskammer als ausgangsseitige
Hyraulikkammer. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm des Aufbaus eines Bremssteuer/regelsystems
nach einer Ausführung;
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2 eine
Ansicht des Aufbaus des Hauptteils eines Modulators;
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3 ein
Blockdiagramm des Aufbaus eines Hauptteils einer Steuereinheit von 1;
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4 ein
Flussdiagramm des Betriebs der Ausführung;
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5 ein
Zeitdiagramm des Betriebs der Ausführung; und
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6 ein
Flussdiagramm des Betriebs der ABS-Regelung.
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1 zeigt
den Aufbau eines Bremssteuer/regelsystems nach einer Ausführung der
Erfindung, und die Beschreibung erfolgt hier in Bezug auf ein Anwendungsbeispiel
des Systems bei einem Vorderrad.
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Das Bremssystem nach dieser Ausführung umfasst
eine Bremsscheibe 10, die an einer rotierenden Welle des
Vorderrads angeordnet ist, einen Bremshebel 20, der an
einem Lenkerhandgriff des Fahrzeugs sitzt, eine Steuereinheit 30 sowie
einen Modulator 14 als Aktuator zum Steuern bzw. Regeln des
Bremshydraulikdrucks.
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Ein an einem Bremssattel angebrachter Radbremszylinder 1 1,
der Bremshydraulikdruck von dem Modulator 40 erhält und eine
Bremskraft erzeugt, und ein Radgeschwindigkeitssensor 12 sind bei
der Bremsscheibe 10 angebracht, und die von dem Radgeschwindigkeitssensor 12 erfasste
Drehgeschwindigkeit des Vorderrads wird in die Steuereinheit 30 eingegeben.
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Ein Gleichstromservomotor M des Modulators 40 ist
mit einem Kurbelmechanismus 50 verbunden. Wie auch in 2 gezeigt, umfasst der Kurbelmechanismus 50 ein
Kitzel 51, das axial an der rotierenden Welle des Gleichstromservomotors
M angebracht ist, eine halbkreisförmige Kurbelverzahnung 52,
die mit dem Kitzel 51 in Eingriff steht, eine Kurbelwelle 41,
die die Kurbelverzahnung 52 axial trägt, einen Kurbelzapfen 44,
der durch einen Kurbelarm 42 exzentrisch mit der Kurbelverzahnung 52 verbunden ist,
sowie einen Kurbelarm 46, der mit dem anderen Ende des
Kurbelzapfens 44 verbunden ist, wobei der Drehbereich der
Kurbelverzahnung 52 durch einen Anschlagstift 53 beschränkt ist.
Ein Potentiometer 43 als Stellungssensor ist an dem Kurbelarm 46 angebracht.
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Ein Nockenlager 45 ist drehbar
an dem Kurbelzapfen 44 angebracht, und es wird durch die
Federkraft einer Rückstellfeder 47,
die in einem Federaufnahmeteil 48 enthalten ist, normalerweise
zum einen Ende hin gedrückt.
Ein Erweiterungskolben 60 ist in Kontakt mit dem Nockenlager 45 an
einer Stelle angeordnet, die mit der Druckstellung der Rückstellfeder 47 symmetrisch
ist bzw. mit deren Druckrichtung fluchtet. Wenn sich das Nockenlager 45 auf
und ab bewegt, wird daher der Erweiterungskolben 60 auf und
ab versetzt, um hierdurch ein Sperrventil 61 zu öffnen und
zu schließen.
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Ein Sperrventilaufnahmeteil 62,
das das Sperrventil 61 enthält, ist über dem Erweiterungskolben 60 vorgesehen.
Ein Hauptzylinder 67 ist mit einer eingangsseitigen Hydraulikkammer 64 des
Sperrventilaufnahmeteils 62 durch eine Rohrleitung 65 verbunden.
Der Radbremszylinder 11 ist mit einer ausgangsseitigen
Hydraulikkammer 66 des Sperrventilaufnahmeteils 62 durch
einen Rohrleitung 68 verbunden.
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Der Hauptzylinder 67 und
der Radbremszylinder 11 sind miteinander durch die Rohrleitung 65, den
Modulator 40 und die Rohrleitung 68 verbunden, und
dieser Kanal ist mit Hydrauliköl
gefüllt.
Der Hauptzylinder 68 wandelt eine Betätigung des Bremshebels 20 in
einen Öldruck
und überträgt den Öldruck auf
das Sperrventilaufnahmeteil 62.
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Die Steuereinheit 30 steuert
den Drehwinkel des Gleichstromservomotors M auf der Basis von Radgeschwindigkeitsinformation,
die aus dem Radgeschwindigkeitssensor 12 ausgelesen wird,
und einem Ausgangswert des Potentiometers 43, der den Winkel
des Kurbelmechanismus 50 in der jeweiligen Stellung des
Kurbelarms 46 darstellt.
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Wenn in dem obigen Aufbau das ABS-System
nicht arbeitet, ist die Kurbelverzahnung 52 bis zur Drehgrenze
gedreht, die durch den Anschlagstift 53 begrenzt ist. Daher
befindet sich der Erweiterungskolben 60 an der einen Endseite
und das Sperrventil 61 ist offen, sodass ein Bremsdruck
in Antwort auf Bremsbetätigung
dem Radbremszylinder 11 zugeführt wird.
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Wenn das ABS arbeitet, wird die Kurbelverzahnung 52 durch
den Servomotor M verdreht, und der Erweiterungskolben 60 wird
zur anderen Endseite hin abgesenkt. Hierdurch wird das Sperrventil 61 geschlossen,
und das Volumen der ausgangsseitigen Hydraulikkammer 66 wird
entsprechend der Stellung des Erweiterungskolbens 60 erweitert,
sodass der dem Radbremszylinder 11 zugeführte Bremsdruck
entsprechend der Stellung des Erweiterungskolbens 60 reduziert
wird.
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Obwohl oben der Aufbau des Bremssteuer/regelsystems
bei einem Vorderrad beschrieben wurde, kann ein ähnliches Bremssteuer/regelsystem auch
bei einem Hinterrad angeordnet werden.
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3 ist
ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Hauptteils der Steuereinheit 30.
Ein Radgeschwindigkeitsberechnungsteil 300 berechnet die Radgeschwindigkeit
Wf auf der Basis eines Ausgangssignals von dem Vorderradsensor 12.
Ein Fahrgeschwindigkeitsberechnungsteil 301 berechnet die
Fahrzeuggeschwindigkeit V auf der Basis der Motordrehzahl Ne und
der eingelegten Gangstufe G oder der Radgeschwindigkeit Wf oder
dgl. Ein Schlupfratenberechnungsteil 302 berechnet eine Schlupfrate λf des Rads
auf der Basis der Fahrgeschwindigkeit V und der Radgeschwindigkeit
Wf. Ein Sollwinkelbestimmungsteil 303 bestimmt einen Sollwinkel θt für den Kurbelmechanismus 50 auf
der Basis der Schlupfrate λf.
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Ein Tastverhältnis-Bestimmungsteil 304 bestimmt
ein Tastverhältnis
von Treiberimpulsen, die dem Servomotor M durch eine PID-Regelung
zugeführt
werden. Ein Impulserzeugungsteil 305 erzeugt eine Impulsfolge
auf der Basis des so bestimmten Tastverhältnisses. Ein Treiber 306 betreibt
den Servomotor M auf der Basis der so erzeugten Impulsfolge.
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Nachfolgend wird der Betrieb der
vorliegenden Ausführung
anhand der Flussdiagramme der 4 und 6 und des Zeitdiagramms von 5 beschrieben. In 5 ist die Beziehung zwischen
dem Sollwinkel θt
und dem Istwinkel θ0
des Kurbelmechanismus 50, gesteuert gemäß der Beziehung zwischen der
Fahrgeschwindigkeit V und der Radgeschwindigkeit Wf, sowohl für den Stand
der Technik als auch die Erfindung gezeigt.
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In Schritt S1 wird ein Wert, der
den Nichtbetriebszustand des ABS (AUS-Wert) in ein später beschriebenes ABS-Flag
Fabs gesetzt. In Schritt S2 wird ein Ausgangssignal von dem Radgeschwindigkeitssensor 12 in
das Radgeschwindigkeitsberechnungsteil 300 aufgenommen
und die Radgeschwindigkeit Wf des Vorderrads wird berechnet. In
Schritt S3 wird die Fahrgeschwindigkeit V in dem Fahrgeschwindigkeitsberechnungsteil 301 erhalten.
In dieser Ausführung
wird die Fahrgeschwindigkeit V auf der Basis der Beziehung zwischen
der Motordrehzahl Ne und der eingelegten Gangstufe G erhalten. In Schritt
S4 wird die Schlupfrate λf
in dem Schlupfratenberechnungsteil 302 auf der Basis der
Radgeschwindigkeit Wf und der Fahrgeschwindigkeit V berechnet. In
Schritt S5 wird die Radbeschleunigung α durch Differenzieren der Radgeschwindigkeit
Wf berechnet.
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In Schritt S6 wird eine Referenzschlupfrate λref, die
als Funktion der Radbeschleunigung α vorliegt, mit der Schlupfrate λf verglichen.
Wenn hier zur Zeit t1 in 5 die
Schlupfrate λf
die Referenzschlupfrate λref überschreitet,
geht der Prozess zu Schritt S7 weiter, um das ABS in Betrieb zu
setzen. In Schritt S7 wird ein ABS-Inbetrieb-Flag Fabs gesetzt, welches
gesetzt wird, wenn das ABS arbeitet. Ferner wird ein Prozessendeflag
Fend rückgesetzt,
welches gesetzt wird, wenn das ABS einen Beendigungsprozess durchführt. In
Schritt 8 wird ein Sollwinkel θt
in dem Sollwinkelbestimmungsteil 303 bestimmt.
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6 ist
ein Flussdiagramm des Betriebs des Sollwinkelbestimmungsteils 303 in
Schritt S8.
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In Schritt S81 wird eine Winkeländerung Δθ des Kurbelmechanismus 50 auf
der Basis der Schlupfrate λf
berechnet. In Schritt S82 wird der Istwinkel θ0 des Kurbelmechanismus 50 auf
der Basis eines Ausgangssignals von dem Potentiometer 43 berechnet.
In Schritt S83 werden der Istwinkel θ0 und die Winkeländerung Δθ des Kurbelmechanismus 50 aufsummiert,
um den Sollwinkel θt
zu bestimmen. In Schritt S84 wird der Sollwinkel θt mit einem
Aktualisierungs-Stoppwinkel θref verglichen.
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Wie in 5 gezeigt,
wird der Aktualisierungs-Stoppwinkel θref vorläufig so gesetzt, dass er der
Drehgrenze θlmt
vorausläuft,
bei der das Drehen der Kurbelverzahnung 52 durch den Anschlagstift 53 beschränkt ist,
sowie an der Ventilöffnungsseite
eines Ventilöffnungswinkels θopen, bei
dem das Sperrventil 61 von der geschlossenen Stellung zur
offenen Stellung schaltet; es wird nämlich der Aktualisierungs-Stoppwinkel θref in einen
Winkelbereich hinein gelegt, in dem das Sperrventil offen ist und
sich die Bremsbetätigung
des Fahrers auf die Bremskraft auswirkt.
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Da zu Beginn der Sollwinkel θt den Aktualisierungs-Stoppwinkel θref nicht
erreicht hat, geht der Prozess zu Schritt S85 weiter, und der Sollwinkel θt wird an
das Tastverhältnisbestimmungsteil 304 ausgegeben.
In dem Tastverhältnisbestimmungsteil 304 wird
eine PID-Regelung durchgeführt,
sodass der vom Potentiometer 43 erfasste Istwinkel θ0 des Kurbelmechanismus 50 mit
dem Sollwinkel θt übereinstimmt,
und es wird ein dem Servomotor M zugeführtes Tastverhältnis des
Treiberimpulses bestimmt.
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Zurück zu 4. In Schritt S9 wird eine Impulsfolge,
die von dem Impulserzeugungsteil 305 auf der Basis des
Tastverhältnisses
erzeugt wird, dem Servomotor M durch einen Treiber 306 zugeführt. Diese
normale ABS-Regelung
wird fortgeführt,
solange die Schlupfrate λf
die Referenzschlupfrate λref überschreitet.
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Danach wird zur Zeit t2 in 5 die Schlupfrate λf kleiner
als die Referenzschlupfrate λref,
und wenn dies in Schritt 6 in 4 erfasst
wird, geht der Prozess zu Schritt S10 weiter. In Schritt S10 wird
auf das ABS-In-Betrieb-Flag
Fabs Bezug genommen, und da das ABS-In-Betrieb-Flag Fabs bereits
gesetzt ist, geht der Prozess zu Schritt S11 weiter. In Schritt S11
wird das ABS-In-Betrieb-Flag Fabs rückgesetzt, und es wird das
Prozessendeflag Fend gesetzt. In Schritt S12 beginnt ein Prozessendetimer
Tend zu zählen.
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Danach erreicht, zur Zeit t3 in 5, der Sollwinkel θt des Kurbelmechanismus 50 den
Aktualisierungs-Stoppwinkel θref.
Wenn dies in Schritt S84 in 6 erfasst
wird, wird der Sollwinkel θt
in Schritt S86 auf den Aktualisierungs-Stoppwinkel θref gesetzt.
In Schritt S85 wird der Aktualisierungs-Stoppwinkel θref als
der Sollwinkel θt
ausgegeben. Im Ergebnis wird, wie im unteren Teil von 5 vergrößert gezeigt, der Sollwinkel θt des Kurbelmechanismus 50 auf
den Aktualisierungs-Stoppwinkel θref festgelegt,
und der Istwinkel θ0
des Kurbelmechanismus 50 nähert sich allmählich dem
Aktualisierungs-Stoppwinkel θref
an.
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In der nächsten Periode geht die Steuerung von
Schritt S10 zu Schritt S14 weiter, und es wird auf das Prozessendeflag
Fend Bezug genommen. Da hier das Prozessendeflag Fend bereits gesetzt
wurde, geht der Prozess zu Schritt S15 weiter. In Schritt S15 wird
unterschieden, ob der Prozessendetimer Tend abgelaufen ist oder
nicht. Wenn die Zeit nicht abgelaufen ist, geht der Prozess zu Schritt
S8 weiter, und die ABS-Regelung
zum Festlegen des Sollwinkels θt
auf den Aktualisierungs-Stoppwinkel θref wird,
ohne Aktualisierung, fortgesetzt.
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Danach läuft die Zeit des Prozessendetimers Tend
zur Zeit t4 in 5 aus,
und wenn dies in Schritt S15 erfasst wird, wird in Schritt S16 der
Prozessendetimer Tend rückgesetzt.
In Schritt 17 wird das ABS-In-Betrieb-Flag Fabs rückgesetzt.
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Nachdem das ABS-Prozessende wie oben abgeschlossen
ist und der Kurbelmechanismus 50 zu dem Aktualisierungs-Stoppwinkel θref gedreht
ist, wird der Erweiterungskolben 60 durch die elastische Kraft
der in dem Federaufnahmeteil 48 aufgenommenen Rückstellfeder
47 zu einer normalen eingefahrenen Stellung versetzt.
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Nach der vorliegenden Ausführung wird
somit der Kurbelmechanismus, der zum Versetzen des Erweiterungskolbens 60 durch
den Servomotor M gedreht wird, nur zu einer Stellung gedreht, die
seiner Drehgrenze vorausläuft,
und der Erweiterungskolben 60, der zu einer der Drehgrenze
entsprechenden Stellung versetzt ist, wird durch die elastische
Kraft der Rückstellfeder
zu einer vorbestimmten Stelle versetzt. Daher kann der Erweiterungskolben 60 zu
der der Drehgrenze des Kurbelmechanismus entsprechenden vorbestimmten
Stelle versetzt werden, ohne dass der Servomotor nutzlos elektrischen
Strom verbraucht.
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Da ferner der Aktualisierungs-Stoppwinkel θref in einen
Winkelbereich gelegt ist, in dem das Sperrventil 61 im
offenen Zustand verbleiben kann, nämlich einer Stellung, wo sich
eine Bremsbetätigung
des Fahrers auf die Bremskraft ausübt, beeinflusst eine Minderung
der Drehgeschwindigkeit des Kurbelmechanismus 50 unmittelbar
vor der Drehgrenze θlmt
die Bremsbetätigung
des Fahrers überhaupt
nicht.
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Die Erfindung stellt sicher, dass
ein Erweiterungskolben 61, der durch eine mit einem Servomotor
M verbundenen Kurbelwelle 41 versetzt wird, zu einer vorbestimmten
Stelle entsprechend einer Drehgrenze θlmt der Kurbelwelle 41 versetzt
wird, ohne dass der Servomotor M nutzlos elektrischen Strom verbraucht.
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Wenn ein dem Servomotor M vorgegebener Sollwinkel θt der Kurbelwelle 41 der
Drehgrenze θlmt näher ist
als einem vorbestimmten Aktualisierungs-Stoppwinkel θref, wird der Sollwinkel θt auf den
Aktualisierungs-Stoppwinkel θref oder
in die Nähe
davon gesetzt. Der Erweiterungskolben 60 wird zur einen
Endseite hin entsprechend der Drehgrenze θlmt der Kurbelwelle 41 durch
die elastische Kraft einer Rückstellfeder 47 versetzt,
nachdem er zu einer Stellung entsprechend dem Aktualisierungs-Stoppwinkel θref für die Kurbelwelle 41 oder
in die Nähe davon
versetzt wurde.