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Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben der Bremsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Die Druckschrift
DE 10 2011 087 182 A1 offenbart eine Bremsvorrichtung nach dem „Brake by wire”-Prinzip für Kraftfahrzeuge mit einem mittels eines (siehe
1) Bremspedals
1 betätigbaren Hauptbremszylinder
2, welcher trennbar
22a,
22b mit hydraulisch betätigbaren Radbremsen
8,
9,
10,
11 verbunden ist, einem mit dem Hauptbremszylinder
2 verbindbaren, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter
4 bzw. Hydraulikfluidreservoir, einer Simulationseinrichtung
3, welche dem Fahrer in der „Brake by wire”-Betriebsart ein angenehmes Pedalgefühl vermitteln soll, und einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung
5, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung gebildet wird, deren Kolben
26 durch einen elektromechanischen Aktuator
27 betätigbar ist, wobei ein Druckraum
28 der Druckbereitstellungseinrichtung
5 mit den Radbremsen
8,
9,
10,
11 trennbar
30,
31 verbunden ist und wobei der Druckraum
28 über eine erste hydraulische Verbindung
29 mit einem in Richtung des Druckmittelvorratsbehälters
4 schließenden Rückschlagventil
56 mit dem Druckmittelvorratsbehälter
4 verbunden ist, wobei der Druckraum
28 der Druckbereitstellungseinrichtung
5 in der unbetätigten Stellung des Kolbens
26 über eine zweite hydraulische Verbindung
52,
44 mit einem hydraulischen Raum
43 verbunden oder verbindbar ist.
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In einer mechanischen Rückfallebene, d. h. bei einer Fehlfunktion der Bremsvorrichtung oder eines Teiles davon, steht der Kolben 27 (im Folgenden auch ”Plunger” genannt) in der dargestellten Position, und die dargestellten Ventile befinden sich in den gezeigten Stellungen. Der Druckaufbau und das Verschieben von Volumen finden durch den Hauptbremszylinder 16 statt.
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Durch die Dimensionierung der Flächenverhältnisse am Simulatorkolben 40 zwischen Simulatorkammer 43 und den beiden mit dem Hauptbremszylinder verbundenen Kammern 39 und 41 entspricht das geförderte Volumen dem durch den Hauptbremszylinder und dessen wirksame Flächen definierten Volumen als Funktion des Hauptbremszylinder-Hubes.
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Durch eine Drossel in den Ventilen 22a und 22b (siehe 1) und das Vergrößern der hydraulisch wirksamen Fläche am Simulatorkolben 40 in Richtung Kammer 43, kann eine Bremsdruck-Kennlinie verschoben werden, da zum Schließen eines Lüftspieles nun das mit der großen wirksamen Fläche des Simulatorkolbens verschobene Volumen genutzt werden kann. Es gilt, folgenden Zustand zu erzielen: pSimulator > pam Rad + pÖffnen Ventil 32 und 33
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Der Vorteil der Kennlinien-Verschiebung ist eine Befähigung zur Kompensation von Bremseffekten wie Luft im System oder erhöhtes Lüftspiel, welche sonst die Auslegung der Rückfallebene nachteilig beeinflussen könnten.
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Weiterhin ist in der Druckschrift
DE 10 2011 006 327 A1 eine Bremsvorrichtung vom Typ „Brake-by-Wire” offenbart, wobei (siehe
2) die Bremsvorrichtung einen mittels eines Bremspedals betätigbaren Hauptbremszylinder
1 mit einem Gehäuse
2 und einem in dem Gehäuse
2 verschiebbar angeordneten Kolben
3 umfasst, welcher zusammen mit einem Gehäuse
2 einen Druckraum
4 begrenzt.
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Der Kolben 3 des Hauptbremszylinders 1 ist als Stufenkolben (bzw. Stangenkolben) mit wenigstens zwei unterschiedlich großen hydraulischen Wirkflächen A1, A2 ausgebildet, wobei dem Druckraum 4 eine erste, kleine Wirkfläche A1 und einem Füllraum 6 ein zweite, große Wirkfläche A2 zugeordnet ist, und wobei der Füllraum 6 in der Betriebsart „Brake-by-Wire” über eine Druckmittelleitung 27 mit einem Druckmittelbehälter 5 (Reservoir) in Verbindung steht, so dass in der Betriebsart „Brake-by-Wire” die erste, kleine Wirkfläche A1 wirksam ist, und in einer Rückfallebene nach Überwindung eines Schließweges die zweite, große hydraulische Wirkfläche A2 wirksam ist und eine Umschaltung der Wirkflächen A2, A1 in Abhängigkeit von einem hydraulischen Druck in dem Druckraum 4 bzw. der Pedalkraft erfolgt.
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In elektro-mechanischen Bremsvorrichtungen, in einer Ausführungsform ”Fremdkraftbremse” mit Plunger (d. h. Kolben) und zusätzlichem durch den Stufenkolben gebildeten Ringvolumen (so genanntes ”Fast Fill”-Prinzip) oder andere Ausführungsformen umschaltbarer hydraulischer Wirkflächen in einer durch eine Fehlfunktion in der Bremsvorrichtung bedingten mechanischen Rückfallebene, besteht die Möglichkeit, durch das Entkoppeln des Pedalhubes und der Pedalkraft im Betrieb die Rückfellebene unabhängig von dem im Betrieb zu fördernden Hydraulikfluid-Volumen auszulegen. In der Regel werden die hydraulisch wirksamen Flächen für eine solche Rückfallebene durch die Volumenaufnahme des Bremsvorrichtung unter der Berücksichtigung einiger Betriebszustände bestimmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt eine Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben der Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 bereit.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung sieht vor, eine Bremsvorrichtung so zu betreiben, dass bei einem Teilausfall oder einem Komplettausfall einer z. B. integrierten Bremsvorrichtung ein direkter Durchgriff des Fahrers auf wenigstens zwei koppelbare hydraulisch wirksame Flächen möglich ist.
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Durch geschicktes Koppeln, d. h. dem Zuschalten einer der hydraulisch wirksamen Flächen bis zum Erreichen eines gewissen Drucks, lassen sich die Auswirkungen zu berücksichtigender Betriebszustände reduzieren, und es ist so möglich, mit einer gegebenen Kraft größere Drücke und damit größere Verzögerungen zu erreichen.
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Durch diese Maßnahme kann die in einer mechanischen Rückfallebene erzielbare Verzögerung deutlich erhöht werden, ohne den Pedalweg durch Betriebszustände allzu nachteilig zu beeinflussen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren erläutert, wobei:
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1 eine dem Vergleich dienende herkömmliche Bremsvorrichtung mit einer Bremsvorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt;
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2 eine weitere dem Vergleich dienende herkömmliche Bremsvorrichtung mit einer Bremsvorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt;
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3 eine Detailansicht einer einen Hauptbremszylinder umfassenden Bremsvorrichtung einschließlich einiger wesentlicher Komponenten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine Detailansicht einer einen Hauptbremszylinder umfassenden Bremsvorrichtung einschließlich einiger wesentlicher Komponenten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine Detailansicht einer einen Hauptbremszylinder umfassenden Bremsvorrichtung einschließlich einiger wesentlicher Komponenten gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine Detailansicht einer einen Hauptbremszylinder umfassenden Bremsvorrichtung einschließlich einiger wesentlicher Komponenten gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
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7a bis 7c weitere schematisch in Querschnittsansicht dargestellte beispielhafte Ausführungsformen lediglich eines Teils der Bremsvorrichtung bzw. des Hauptbremszylinders hinsichtlich der Kombination von hydraulisch wirksamen Flächen am Kolben bzw. an mehreren Kolben.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Mit Bezug auf 3 wird eine erste Ausführungsform der Bremsvorrichtung 10 gezeigt, wobei an dieser Stelle angemerkt sei, dass sich in Bezug auf 3 bis 7 gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen und auch nicht alle in den 3 bis 7 dargestellten Komponenten mit Bezugszeichen versehen sind, sofern dies nicht notwendig ist. Weiterhin wird aus Gründen der Kürze darauf verzichtet, ein gesamtes Bremssystem (wie beispielsweise in 1) mit den entsprechenden Ventilen (Ein-, Auslassventile usw.) zu zeigen bzw. zu beschreiben, da dies als bekannt vorausgesetzt wird und hier nicht Gegenstand der Erfindung ist. Die dargestellten Bremsvorrichtungen in 3 bis 7 sind in bekannter Weise Teil eines Bremssystems. Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe ”Bremsvorrichtung” und ”Hauptbremszylinder” manchmal synonym verwendet werden.
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Gemäß 3 wird den beiden Druckkammern 31, 32 eines herkömmlichen Hauptbremszylinders 30 eine Vorbefüllungsringkammer 40 vorgelagert, welche im Volumen durch einen Stufenkolben 45 mit einer (46) von wenigstens zwei hydraulisch wirksamen Flächen 46 und 47 veränderbar ist, wie weiter unten noch erläutert wird. Mit dem Stufenkolben 45 ist in bekannter Weise ein Bremseingabeelement 48 gekoppelt, welches um einen Punkt 49 schwenkbar ist.
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In 3 bis 6 mit Bezugszeichen 400 ein Aktor gekennzeichnet, welcher zum Beispiel elektro-hydraulisch betreibbar sein soll, d. h. über einen mit ”M” gekennzeichneten Elektromotor. Der Aktor 400 wird unter anderem über eine (hier nicht gezeigte) Fluidleitung aus dem Reservoir 50 mit Hydraulikfluid versorgt. Der Elektromotor M ist derart ansteuerbar, dass er über einen Vorwärts- bzw. Rückwärtstrieb einen Kolben 405 in einem Gehäuse 420 hin und her verlagern kann, um in einem Volumen 410 befindliches Hydraulikfluid z. B. zu komprimieren, d. h. unter Druck zu setzen, um so über Fluidleitungen 100, 200 Hydraulikfluid in eine (hier nicht gezeigte) Radmodulation zu übertragen unabhängig von einer Betätigung des Hauptbremszylinders 30.
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Weiterhin sei der Vollständigkeit halber eine in 3 mit Bezugszeichen 600 gekennzeichnete Pedalgefühl-Simulator-Einrichtung 600 aufgeführt, umfassend einen Druckspeicher 605 und ein Schaltventil 610, welches über eine Fluidleitung 611 fluidisch mit der Fluidleitung 100 gekoppelt ist.
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Der oben erwähnte Ansatz mit einem ein Ringvolumen bildenden Stufenkolben 45, dessen Funktionsweise weiter unten noch detaillierter beschrieben wird, verschiebt bei begrenztem, geringem Druck im Ringvolumen-Kolbenraum 40 und dem ersten Bremskreis (Fluidleitung 100) zusätzliches Bremsflüssigkeits- bzw. Hydraulikfluidvolumen in diesen ersten Bremskreis. Diese Zusatzmenge erhöht den bei Vollbremsungen in der mechanischen Rückfallebene erzielbaren Bremsdruck im ersten Bremskreis und damit die maximal mögliche Fahrzeugverzögerung.
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Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass in den Fluidleitungen 100, 200 (stromlos offene) Schaltventile 105, 205 in bekannter Weise angeordnet sind, die einen direkten Durchgriff (d. h. Versorgung mit Hydraulikfluid) auf eine Radmodulation zulassen.
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Mit Bezug auf die 4 bis 7 (d. h. 7a, 7b, 7c) wird auf mögliche Ausführungsformen des jeweils in schematischer Querschnittsansicht dargestellten Hauptbremszylinders 30 und der jeweiligen Arbeitsweise eingegangen. Die 4 bis 7 zeigen jeweils in detaillierter Ansicht einen Teil der Bremsvorrichtung 10 aus 3, nämlich den Teil, welcher den Hauptbremszylinder 30 in Verbindung mit dem Aktor 400 und dem Pedalgefühl-Simulator 600 zeigt. 7a bis 7c zeigen lediglich weitere mögliche Gestaltungsformen des Hauptbremszylinders 30 hinsichtlich der Kombination von hydraulisch wirksamen Flächen am Kolben (7a und 7c) bzw. an mehreren Kolben (7b).
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4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Bremsvorrichtung 10 bzw. Hauptbremszylinder 30 (einen so genannten ”Parallel Plunger”) sowie den Stangenkolben 45 mit den hydraulisch wirksamen und koppelbaren Flächen 46 und 47, die Vorbefüllungsringkammer 40, die Druckkammern 31, 32, einen Schwimmkolben 33, welcher die Druckkammern 31 und 32 voneinander trennt, und das Hydraulikfluidreservoir 50.
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In der Darstellung in 4 ist oberhalb des Hauptbremszylinders 30 neben dem Reservoir 50 ein Druckbegrenzungsventil 51 sowie ein so genanntes ”Fast-Fill-Disable”-Ventil 52 dargestellt, deren Funktion unten noch erläutert wird.
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Der Pedalgefühl-Simulator 600 umfasst das auch in 3 gezeigte Ventil 610. Ebenso sind die Fluidleitungen 100, 200 des ersten bzw. zweiten Bremskreises mit den entsprechenden Ventilen 105, 205 dargestellt, wobei die Fluidleitungen 100, 200 in der Darstellung nach ”unten” (bezogen auf die Zeichnung) zu einer (nicht extra dargestellten) Radmodulation verlaufen und an diese gekoppelt sind.
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Der Aktor 400 weist das Gehäuse 420 auf, in dem sich der mit dem Antrieb (hier: Elektromotor ”M”) gekoppelte Kolben 405 und ein Schwimmkolben 406 befinden. Aufgrund der Anordnung der Kolben 405, 406 werden mit Hydraulikfluid befüllbare Druckräume 410, 411 gebildet.
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Weiterhin ist ein Rückschlagventil 800 in einer Fluidleitung 810 dargestellt, welche fluidisch zwischen Vorbefüllungsringkammer 40 und Fluidleitung 100 gekoppelt ist.
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Das Reservoir 50 ist über Schnüffelbohrungen 34a, 34b, 34c fluidisch jeweils mit den Hauptbremszylinderdruckkammern 31, 32, 40 gekoppelt.
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Bei einer Fehlfunktion der Bremsvorrichtung 10 hat der Fahrer trotzdem die Möglichkeit, durch Ausüben einer durch einen Pfeil 900 angedeuteten Kraft, d. h. Treten auf das (hier nicht dargestellte) Bremspedal, den Stangenkolben 45 in der Zeichnung nach links zu verschieben, um Druck in den Druckkammern 31, 32 aufzubauen, der schließlich direkt über die Fluidleitungen 100, 200 an die (hier nicht dargestellte) Radmodulation zur Erzeugung von Bremsmoment an den Rädern übertragen wird. Dies ist möglich, da ein sich in der Kammer 40 durch die hydraulisch wirksame Fläche 46 aufbauender Druck, welcher ein wirksames Bremsen sehr erschweren würde und gegen den der Fahrer eine entsprechend große Kraft aufbringen müsste, durch (Durchlass-)Schalten des Ventils 52 abgebaut wird, so dass der Fahrer schließlich mit der hydraulisch wirksamen Fläche 47 ”bremst”. Insofern sind die hydraulisch wirksamen Flächen 46, 47 funktionsmäßig miteinander gekoppelt. In einer weiteren Ausführung kann die hydraulische Kraftübertragung von Motor auf den Primärkolben durch eine mechanische Kraftüberragung ersetzt werden.
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4 zeigt eine der in 3 dargestellten Ausführungsform ähnliche Anordnung einer Bremsvorrichtung 10, mit dem Unterschied, dass die Fluidleitung 810 über Schnüffelbohrungen 811a, 811b fluidisch mit dem Gehäuse 420 des Aktors 400 gekoppelt ist, wobei die Schnüffelbohrungen 811a, 811b jeweils als Rückschlagventile wirken, analog zu dem in 3 gezeigten Rückschlagventil 800.
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Eine weitere beispielhafte Ausführungsform zeigt 5. Hierbei sind mit Bezug auf die Darstellung in 4 als Unterschied statt der als Rückschlagventile wirkenden Schnüffelbohrungen 811a, 811b nur eine Schnüffelbohrung 811 im Gehäuse 420 des Aktors 400 dargestellt, sowie mit dem ersten und dem zweiten Bremskreis (Fluidleitungen 100, 200) und der Druckkammer 40 fluidisch gekoppelte Rückschlagventile 800a, 800b.
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6 (so genannter ”Serial Plunger”) zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, bei der ein Rückschlagventil 800 und ein parallel dazu geschaltetes Trennventil 801 fluidisch zwischen Druckraum 40 und Fluidleitung 100 des ersten Bremskreises gekoppelt ist. Weiterhin ist der Hauptbremszylinder 30 derart ausgebildet, dass in einem Ende des Hauptbremszylinders 30 eine Druckplatte 48a angeordnet ist, welche mit dem Bremspedal 48 gekoppelt ist und über Dichtungen 48a, 48b im Hauptbremszylindergehäuse geführt wird. Dabei ist zu beachten, dass die Druckplatte 48a mechanisch von dem Stufenkolben 45 entkoppelt ist. Zwischen Druckplatte 48a und Stufenkolben 45 ist ein Druckraum 41 ausgebildet, welcher fluidisch mit dem Pedalwegsimulator 600 gekoppelt ist, wobei zwei in Reihe geschaltete Ventile 610, 611 fluidisch sowohl mit dem Aktor 400 (hydraulisches Getriebe) als auch mit dem Druckspeicher 605 gekoppelt sind. Obwohl Druckplatte 48a (bzw. das Bremspedal 48) mechanisch nicht mit dem Stufenkolben 45 gekoppelt ist, kann über den mit Druckraum 41 fluidisch gekoppelten Pedalwegsimulator 600 ein entsprechendes Pedalgefühl für den Fahrer vermittelt werden. Die oben mit Bezug auf 3 bis 5 beschriebene Rückfallebenen-Funktion ist auch mit der in 6 dargestellten Ausführungsform gewährleistet.
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7a bis 7c zeigen im Sinne einer Übersicht über weitere mögliche Kolbenformen mit hydraulisch wirksamen Flächen lediglich einen Teil des Hauptbremszylinders 30 bzw. wenigstens zweier bezüglich einer mittels dem Bremspedal bzw. Bremseingabeelement 48 durch den Fahrer ausgeübten Kraft 900 gekoppelter Kolben 30a, 30b (7b), wobei jeweils auch die oben erwähnten Schnüffelbohrungen 34b, 34c bzw. 34c' (7b), siehe hierzu beispielsweise auch 3, und Kolbendichtungen 46', 46a', 46b', 47' bzw. auch 45' (7c) dargestellt sind. Die in 7a bis 7c dargestellten weiteren Ausführungsformen (die in 7a dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 3 dargestellten Ausführungsform, ist aber zum Zwecke eines eine Übersicht gebenden Vergleichs noch mal in 7a mit aufgeführt) sollen verdeutlichen, dass es mehrere unterschiedlich gestaltete Arten eines Hauptbremszylinders bzw. Bremsvorrichtung mit wenigstens zwei oder mehreren hydraulisch wirksamen und kraftgesteuerten Flächen gibt, wobei weitere Gestaltungsformen denkbar sind, d. h. nicht auf die hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt sind. Es sei noch bemerkt, dass die oben beschriebenen Funktionen der Bremsvorrichtung für den so genannten ”i. O.”-Betrieb (i. O. = in Ordnung, d. h. also ein Betrieb ohne Fehlfunktion) zu- bzw. abschaltbar sind, und jeweils Hydraulikfluid in einen und/oder zwei (oder mehrere) Bremskreise des Fahrzeuges einspeisbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011087182 A1 [0002]
- DE 102011006327 A1 [0007]
