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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Bremsanlage
für Fahrzeuge
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Elektrohydraulische
Bremsanlagen für
Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Bremsanlagen
umfassen üblicherweise
eine Pedaleinheit und ein Hydroaggregat, welches einerseits mit
der Pedaleinheit und andererseits mit den Radbremsen des Fahrzeugs
verbunden ist. Bekannte elektrohydraulische Bremssysteme haben dabei im
radseitigen Hydraulikkreis der Vorderachse Medientrenner eingebaut,
um eventuell im Betrieb entstandene Luft von den Radbremszylindern
fernzuhalten. Diese Luft im Bremssystem kann beispielsweise durch
Modulationseinrichtungen, die Druckversorgung oder die Bremspedaleinheit
oder Undichtigkeiten entstehen. Luft im Bremssystem kann jedoch
zu Bremsverzögerungen
und im Extremfall zu einem Ausfall der Bremse führen. Insbesondere, wenn die hydraulische
Bremse ausfällt
und der Fahrer das Fahrzeug über
den Hilfshydraulikkreis abbremsen muss, bewirkt die Luft im Hydrauliksystem
vergrößerte Pedalkräfte und
Pedalwege. Im ungünstigsten
Falle kann dabei das Pedal am Bodenblech anstoßen und damit einen weiteren
Bremsdruckaufbau verhindern, so dass ein Fahrzeug nicht mehr ausreichend abgebremst
werden soll. Um dies zu vermeiden, sind die Medientrenner vorgesehen.
Hierdurch sind jedoch zusätzliche
Komponenten notwendig, welche das Bremssystem verteuern, zusätzlichen
Bauraum benötigen
und ein zusätzliches
Gewicht verursachen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße elektrohydraulische Bremsanlage
für Fahrzeuge
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass auf aufwendige Medientrenner verzichtet werden
kann und der Aufbau der Bremsanlage vereinfacht werden kann. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass an der Pedaleinheit eine Antriebseinrichtung angeordnet
ist, um eine Kraft auf die Pedaleinheit auszuüben. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit
an der Pedaleinheit ist separat steuerbar. Hierdurch kann eine Funktionsprüfung der Bremsanlage
vor einem Starten des Fahrzeugs durchgeführt werden. Somit kann erfindungsgemäß ein Test
der Bremsanlage vor dem Fahrzeugstart durchgeführt werden, beispielsweise
durch Vergleichen der tatsächlichen
Druck-Volumen-Kennlinie und/oder der tatsächlichen Pedalweg-Kraft-Kennlinie mit
in einem Speicher abgelegten entsprechenden Sollkennlinien. Vorzugsweise
wird eine schon in der elektrohydraulischen Bremsanlage vorhandene
Sensorik der Pedaleinheit zur Aufnahme der Messwerte verwendet.
Die erfindungsgemäße Zusatzantriebseinheit
an der Pedaleinheit kann auch noch weitere Funktionen, beispielsweise
eine Bremskraftverstärkung oder
eine haptische Rückmeldung
von Vorgängen
im Bremssystem an das Pedal durchführen.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders
bevorzugt ist die Antriebseinrichtung an der Pedaleinheit ein Elektromotor,
welcher einfach ansteuerbar ist.
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Je
nach Verwendungszweck der zusätzlichen
Antriebseinrichtung kann die Kraft der Antriebseinrichtung nur in
Betätigungsrichtung
des Pedals oder nur entgegen der Betätigungsrichtung des Pedals
wirken oder sowohl in als auch entgegen der Betätigungsrichtung des Pedals
wirken.
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Vorzugsweise
ist eine separate Steuereinrichtung vorgesehen, welche basierend
auf einer Betätigung
der Pedaleinheit durch die zusätzliche
Antriebseinrichtung eine Funktionsüberprüfung der Bremsanlage ausführt. Es
sei angemerkt, dass die Steuereinrichtung für die Antriebseinrichtung auch
in bereits bestehende Steuerungen der Bremsanlage integriert sein
kann.
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Weiter
bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Bremsanlage eine Sensoreinrichtung,
welche bei Erfassung eines vorbestimmten Ereignisses die Antriebseinrichtung
betätigt.
Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung als Türsensor ausgebildet sein, so dass
bei Öffnen
der Tür
ein Test der Bremsanlage automatisch durchgeführt werden kann. Ein anderes Kriterium
zur Durchführung
des Bremssystemtests ist z.B. wenn eine Fahrzeugtür aufgeschlossen
wird oder sich eine Person auf den Fahrersitz setzt. Vorzugsweise
ist eine Warneinrichtung, wie z.B. eine Lampe, angeordnet, um einem
Fahrer mitzuteilen, wenn Luft im Bremssystem vorhanden ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Eingabeeinheit
vorgesehen, mittels welcher ein Fahrer einen vorbestimmten Betrieb
der Antriebseinrichtung der Pedaleinheit auswählen kann. Hierdurch kann eine
variable Simulatorcharakteristik ausgeführt werden. Beispielsweise
kann durch die Antriebseinrichtung eine Zusatzkraft am Pedal sowohl
in Pedalbetätigungsrichtung als
auch entgegen der Pedalbetätigungsrichtung
aufgebracht werden. Wenn beispielsweise eine sportliche Abstimmung
gewählt
wird, kann die Antriebseinrichtung gegen die Pedalkraft des Fahrers
arbeiten. Oder die Antriebseinrichtung arbeitet in gleicher Richtung
wie die Pedalkraft des Fahrers, so dass sie den Fahrer unterstützt und
die notwendige Betätigungskraft
der Bremse verringert werden kann, so dass eine komfortable Abstimmung
erreicht wird. Zur Steuerung derartiger Simulatorcharakteristiken
kann in einer einfacheren Version beispielsweise als Kennfeld der
Motorstrom der Antriebseinrichtung über dem Pedalweg abgelegt sein
und/oder eine Pedalkraft durch den Fahrer berücksichtigt werden.
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Vorzugsweise
wird die Kraft der Antriebseinrichtung an der Pedaleinheit über eine
Zahnstange und ein Ritzel auf die Pedaleinheit übertragen. Besonders bevorzugt
ist hierbei zwischen der Pedaleinheit und der Antriebseinrichtung
ein Getriebe angeordnet. Das Getriebe kann beispielsweise ein Stirnradgetriebe
mit oder ohne Freilauf sein oder ein Planetengetriebe mit oder ohne
Freilauf sein. Der Vorteil des Freilaufs liegt dabei darin, dass
das Bremspedal auch bei einer blockierten Antriebseinrichtung betätigt werden
kann. Weiter bevorzugt ist zwischen dem Getriebe und der Antriebseinrichtung
eine Kupplung, z.B. eine Magnetkupplung, angeordnet, so dass bei einem
Defekt oder Ausfall der Antriebseinrichtung ein Freilauf in beiden
Richtungen und damit eine schnelle und sichere Bremspedalbetätigung gewährleistet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
die Antriebseinrichtung an einer Druckstange der Pedaleinheit angeordnet.
Vorzugsweise ist dabei an einer Verbindung zwischen der Druckstange
und dem Bremspedal ein Langloch an der Druckstange ausgebildet,
in welcher ein Pedalbolzen geführt
ist. Dadurch wird ermöglicht,
dass die Antriebseinrichtung die Druckstange betätigt, ohne dass sich das Bremspedal
dabei mitbewegt.
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Vorzugsweise
ist die Antriebseinrichtung hinter einer Wand außerhalb des Fußraumes
angeordnet, so dass im Fußraum
kein zusätzlicher
Platz für die
Antriebseinrichtung benötigt
wird.
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Um
eine Pedalkraft für
die Simulatorcharakteristiken zu erfassen, ist vorzugsweise an einem
Pedallagerbock ein Kraftmessbolzen angeordnet.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Überprüfung, ob
Luft im Bremssystem vorhanden ist, kann beispielsweise wie folgt
ausgeführt
werden. Zuerst wird überprüft, ob die
Zündung
des Fahrzeugs ausgeschaltet ist und ob ein entsprechendes Ereignis, z.B.
Fahrertür
offen, Fahrzeug wird aufgeschlossen, usw., vorhanden ist. Wenn dies
der Fall ist, wird die Antriebseinrichtung angesteuert, so dass
eine Druckstange der Pedaleinheit bewegt wird und ein Druck im Bremssystem
aufgebaut wird. Dabei wird eine Wegmessung der Bewegung der Druckstange
durchgeführt,
und bei Erreichen eines Pedalweges, welcher größer oder gleich ein vorgegebener
Weg ist, die Messung des Drucks im Bremssystem durchgeführt. Wenn
der tatsächliche
Druck im Bremssystem größer oder
gleich einem vorgegebenen Solldruck ist, wird bestimmt, dass keine
Luft im Bremssystem vorhanden ist. Wenn der gemessene Druck allerdings
kleiner als der vorgegebene Solldruck ist, wird bestimmt, dass Luft
im Bremssystem vorhanden ist, und die Steuereinheit gibt eine entsprechende
Warnmeldung, z.B. Aufblinken einer Warnlampe oder Erzeugen eines
Warntones, aus. Um einen gewissen Toleranzbereich zu haben, kann
auch eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Druck und dem Solldruck
gemessen werden und der Betrag der Differenz muss dabei kleiner
als ein vorbestimmter Wert sein. Es sei weiterhin angemerkt, dass
die Druck- und/oder Wegmessung auch mehrmals durchgeführt werden
kann, bevor eine Entscheidung, ob Luft im System ist oder nicht,
durch die Steuereinrichtung getroffen wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird insbesondere bei elektrohydraulischen
Bremssystemen verwendet, kann jedoch auch bei konventionellen Bremssystemen
verwendet werden. Insbesondere wird die Erfindung bei schweren Fahrzeugen,
wie z.B. schweren Luxusfahrzeugen oder Lastkraftwagen verwendet. Insbesondere
macht die vorliegende Erfindung auch neben einer erhöhten Sicherheit
einen Bremsbetrieb komfortabler. Weiterhin ist bei einem Ausfall
der Elektronik der Bremsanlage erfindungsgemäß ein Bremsbetrieb möglich, welcher
mit geringeren Pedalkräften auskommt
als im Vergleich mit den Bremskräften
bei einer herkömmlichen
Bremsanlage bei Ausfall der Elektronik, da die zusätzliche
Antriebseinrichtung ein Bremsen unterstützen kann.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung
ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Pedaleinheit 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
Kennfelddarstellung des elektrischen Motors für die Pedaleinheit von 1 und
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3 eine
schematische Schnittansicht einer Pedaleinheit gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine
Pedaleinheit 1 für
ein elektrohydraulisches Bremssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Pedaleinheit 1 umfasst
ein Pedal 2 mit einem angedeuteten Pedalgummi, welches über einen
Pedallagerbock 3 an einer Wand 6 des Fahrzeugs
befestigt ist. Die Wand 6 trennt dabei den Fahrzeugraum
von dem Motorraum des Fahrzeugs. Weiter ist am Pedallagerbock 3 eine
Pedalrückholfeder 4 angeordnet,
um eine automatische Rückstellung
des Pedals 2 nach einer erfolgten Betätigung durchzuführen.
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Die
Pedaleinheit 1 umfasst ferner eine schematisch dargestellte
Bremsoperationseinheit 7, welche mit dem Pedal 2 über eine
Druckstange 10 verbunden ist. Die Bremsoperationseinheit 7 umfasst beispielsweise
zwei Hauptbremszylinder, die über Trennventile
mit zwei Bremskreisen verbunden sind. Dadurch kann eine derartige
Fahrzeugbremsanlage eine fremdkraftbetätigte Betriebsbremse, deren Bremskraft
z.B. über
eine Hydraulikpumpe aufgebracht wird, und eine muskelkraftbetätigte Hilfsbremse
aufweisen.
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Das
Pedal 2 ist mit der Bremsoperationseinheit 7 über die
Druckstange 10 verbunden. Mittels eines Bremspedalbolzens 9 ist
die Druckstange am Pedal 2 befestigt (vergleiche 1).
An der Druckstange 10 ist eine Zahnstange 13 ausgebildet,
in welche ein Ritzel 12 eingreift. Das Ritzel 12 wird
von einem Elektromotor 11 angetrieben, wobei zwischen dem
Elektromotor 11 und dem Ritzel 12 eine Getriebe-Kupplungseinheit 14,
umfassend ein Getriebe sowie eine Magnetkupplung, angeordnet ist.
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Ferner
ist ein Wegsensor 8 vorgesehen, um einen Weg Sped der Druckstange
zu detektieren. Um eine Kraft Fped, mit welcher ein Fahrer das Pedal 2 niederdrückt, bestimmen
zu können,
ist weiter ein Kraftmessbolzen 16 am Pedallagerbock 3 vorgesehen.
Zur Betätigung
von Bremslichtern ist am Pedal 2 weiter ein Bremslichtschalter 5 in
bekannter Weise vorgesehen.
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Weiterhin
umfasst die erfindungsgemäße Pedaleinheit 1 eine
Steuerung 15, welche über
gestrichelt angedeutete Leitungen mit dem Wegsensor 8,
dem Kraftmessbolzen 16, dem Bremslichtschalter 5 und
dem Elektromotor 11 verbunden ist.
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Die
Steuerung 15 empfängt
und wertet einerseits die von den Sensoren gelieferten Signale aus und
steuert andererseits den Elektromotor 11 an. Hierbei kann
der Elektromotor 11 einerseits zur Überprüfung, ob sich Luft im Hydrauliksystem
befindet, verwendet werden und andererseits können verschiedene Simulatorcharakteristiken
mittels des Elektromotors am Pedal ausgeführt werden, was später beschrieben
wird.
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Im
normalen Betrieb der Bremsanlage wird der Elektromotor 11 üblicherweise
nicht angesteuert und ist mittels der Getriebe-Kupplungseinheit 14 vom Ritzel 12 getrennt.
Somit wird ein Tritt auf das Bremspedal 2 durch den Fahrer über die
Druckstange 10 auf die Bremsoperationseinheit 7 übertragen
und der jeweilige Bremswunsch des Fahrers an die Radbremsen weitergegeben.
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Eine Überprüfung des
Bremssystems auf darin enthaltene Luft kann insbesondere vor dem
Fahrzeugstart mittels des Elektromotors 11 dabei wie folgt ausgeführt werden.
Die Steuerung 15 treibt den Elektromotor 11 an
und die Drehkraft des Elektromotors 11 wird über die
Getriebe-Kupplungseinheit 14 auf das Ritzel 12 übertragen.
Das Ritzel 12 betätigt
die auf der Druckstange 10 angeordnete Zahnstange 13, so
dass sich die Druckstange 10 in Richtung des Pfeils Sped
bewegt. Dadurch wird die Bremsoperationseinheit 7 betätigt und
der zurückgelegte
Weg Sped der Druckstange 10 oder der Bremsoperationseinheit 7 wird
mittels des Wegsensors 8 aufgenommen und an die Steuerung 15 weitergeleitet.
Nach Zurücklegen
eines vorbestimmten Weges wird der Druck im Hydrauliksystem der
Bremsanlage mittels nicht dargestellter Drucksensoren gemessen und von
der Steuerung 15 mit einem vorgegebenen Solldruck verglichen.
Sollte der gemessene Druck kleiner als der Solldruck sein, wird
dieses Ergebnis als Hinweis darauf gewertet, dass sich Luft im Bremssystem befindet
und eine entsprechende Warnmeldung wird dem Fahrer anzeigt. Wenn
der gemessene Druck dem Solldruck, gegebenenfalls mit einem gewissen Toleranzbereich
um den Solldruck herum, entspricht, wird bestimmt, dass keine Luft
im Bremssystem vorhanden ist und eine entsprechende Warnmeldung unterbleibt.
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Das
Vorsehen des Elektromotors 11 an der Druckstange 10 zur
Betätigung
der Druckstange kann jedoch auch für variable Simulatorcharakteristiken
verwendet werden. 2 zeigt eine Funktion f(Sped,
Fped) des Motorstroms I über
dem Weg des Pedals (Sped) und von der Kraft Fped, mit welcher ein
Fahrer auf das Bremspedal 2 drückt. Die Kraft Fped wird mittels
des Kraftmessbolzens 16 aufgenommen und der Weg Sped mittels
des Wegsensors 8. In 2 sind beispielhaft
drei unterschiedliche Kräfte
Fp1, Fp2 und Fp3 eingezeichnet. In der Steuerung 15 ist
dabei der Motorstrom I über
dem Pedalweg S als Kennfeld abgelegt, wobei zusätzlich noch die Pedalbetätigungskraft
berücksichtigt
wird. Dementsprechend kann der Elektromotor 11 betrieben werden,
um beispielsweise eine Zusatzkraft entgegen der Pedalkraft F aufzubringen,
so dass der Elektromotor 11 gegen den Fahrer arbeitet und
eine sportliche Abstimmung simuliert. Eine andere Simulatorcharakteristik
ist gegeben, wenn der Elektromotor 11 den Fahrer unterstützt, indem
er zusätzlich
zur Pedalkraft Fped die Druckstange 10 betätigt, so
dass der Fahrer eine geringere Kraft zum Bremsen benötigt bzw.
auch eine Ansprechzeit der Bremsanlage verringert werden kann.
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Mittels
des zusätzlich
an der Pedaleinheit 1 vorgesehenen Elektromotors 11 kann
somit einerseits vor dem Start des Fahrzeugs eine Überprüfung der
Bremsanlage hinsichtlich enthaltener Luft durchgeführt werden
und andererseits können
unterschiedliche Bremscharakteristiken durch den zusätzlichen
Elektromotor 11 durchgeführt werden. Dabei ist es auch
möglich,
dass über
den Elektromotor 11 negative Einflüsse während des Bremsens über das Pedal 2 haptisch
dem Fahrer mitgeteilt werden. Hierbei können insbesondere Rückmeldungen
wie ein „Pulsen" während des
Bremsens oder ein Bremsfading (langer Pedalweg, weiches Pedal) dargestellt werden
oder Rückmeldungen
während
eines ABS-Betriebes oder eines ESP-Betriebes am Pedal dargestellt
werden.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 3 eine Pedaleinheit 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind funktional gleiche
Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
entspricht dabei im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich an
der Druckstange 10 ein Langloch 17 ausgebildet
ist. Das Langloch 17 nimmt dabei den Bremspedalbolzen 9 auf
und ermöglicht es,
dass die Überprüfung des
Bremssystems hinsichtlich darin enthaltener Luft ohne eine Bewegung des
Bremspedals 2 ermöglicht
wird. Somit kann die Überprüfung unbemerkt
vom Fahrer durchgeführt werden.
Weiterhin ist zusätzlich
beim zweiten Ausführungsbeispiel
noch eine Eingabeeinheit 18 vorgesehen, welche z.B. am
Armaturenbrett angeordnet ist und mit der Steuerung 15 verbunden
ist. Ein Fahrer kann über
die Eingabeeinheit 18 beispielsweise eine haptische Rückmeldung
ein- bzw. ausschalten oder eine bestimmte gewünschte Abstimmung der Bremse
(sportlich, komfortabel, usw.) auswählen.
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Wie
in den obigen Ausführungsbeispielen dargelegt,
ist es erfindungsgemäß somit
möglich,
auf die aufwendigen Medientrenner in den bekannten Bremssystemen
zu verzichten, so dass die Bremssysteme deutlich kostengünstiger,
bei verringertem Gewicht und verringertem Montageaufbau, realisiert werden
können.
Darüber
hinaus kann zusätzlicher Bauraum
durch deren erfindungsgemäßen zusätzlichen
Elektromotor 11 eingespart werden. Durch die unterschiedlichen
haptischen Rückmeldungsmöglichkeiten
am Pedal 2 können
darüber
hinaus aufwendige Varianten durch unterschiedliches Ansteuern des
Elektromotors 11 mittels der Steuerung 15 einfach
realisiert werden. Auch können
durch die erfindungsgemäße Pedaleinheit
andere Sensoren, wie beispielsweise ein Speicherwegsensor an einem Druckspeicher
des Hydraulikkreises, eingespart werden.
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Es
ist hierbei sogar denkbar, dass der Elektromotor 11 und
die Fahrerkraftsensorik zur Aufnahme der Pedalkraft den eigentlichen
Simulator der Bremsoperationseinheit 7 ersetzen können.