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Stand der Technik
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In der
WO 2009/121645 A1 ist ein hydraulisches Fahrzeugbremssystem beschrieben. Der Hauptbremszylinder des hydraulischen Fahrzeugbremssystems umfasst eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer. Zusätzlich weist der Hauptbremszylinder an einem sich zu dem Bremspedal erweiternden Ende einen integrierten Pedalwegsimulator
22 auf, dessen mit Bremsflüssigkeit befüllbares Volumen über ein Simulatorventil mit einem Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter hydraulisch verbunden ist Das mit Bremsflüssigkeit befüllbare Volumen des Pedalwegsimulators und die benachbarte erste Druckkammer werden von einem als Stufenkolben ausgebildeten Stangen- und Simulatorkolben begrenzt.
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Weiterhin ist in der
DE 10 2011 006 327 A1 ein Bremssystem vom Typ "Brake-By-Wire" offenbart, umfassend einen Hauptbremszylinder mit zwei darin verschiebbar angeordneten Kolben, wobei ein Kolben als Stufenkolben mit wenigstens zwei unterschiedlich großen hydraulischen Wirkflächen ausgebildet ist, wodurch sich aufgrund der Stufenkolbenform ein mit Hydraulikfluid bzw. Bremsflüssigkeit befüllbares Ringvolumen ergibt. In der Betriebsart "Brake-By-Wire" ist, bei Betätigung des Hauptbremszylinders durch den Fahrer, die kleinere Wirkfläche zur Erzeugung eines Bremsmoments an den Fahrzeugrädern wirksam, und in einer Rückfallebene, d.h., wenn eine Fehlfunktion zum Betrieb des Bremssystems vorliegt, die größere Wirkfläche, wobei eine Umschaltung von der kleineren Wirkfläche zur größeren Wirkfläche in Abhängigkeit eines hydraulischen Drucks in einem Druckraum im Hauptbremszylinder bzw. der aufgewandten Pedalkraft erfolgt.
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In Fremdkraft-Bremssystemen besteht die Möglichkeit, durch das Entkoppeln des Pedalhubes und der Pedalkraft im Betrieb die Rückfallebene unabhängig von dem im Betrieb zu fördernden Hydraulikfluid-Volumen auszulegen. In der Regel wird die hydraulische wirksame Fläche für eine solche Rückfallebene durch die Volumenaufnahme des Bremssystems unter der Berücksichtigung einiger Betriebszustände bestimmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie in einem nebengeordneten Anspruch ein Verfahren zum Betreiben des Bremssystems bereit.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung sieht vor, ein Bremssystem so zu betreiben, dass bei einem Teilausfall oder einem Komplettausfall, beispielsweise eines Ausfalls und/oder einer Fehlfunktion des integrierten Bremssystems, ein direkter Durchgriff des Fahrers auf zwei koppelbare hydraulisch wirksame Flächen möglich ist. Durch geschicktes Koppeln, das heißt dem Zuschalten einer der 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 wird die in einer mechanischen Rückfallebene erzielbare Verzögerung deutlich erhöht, ohne den Pedalweg durch Betriebszustände allzu nachteilig zu beeinflussen. Im Gegensatz zu vorbekannten Bremssystemen aus dem Stand der Technik, welche ebenfalls das vorstehend genannte Funktionsprinzip verwenden, ist das vorliegende Bremssystem jedoch in der Lage, dieselben Funktionen mit einer geringeren Anzahl von Schaltventilen zu realisieren, wodurch sich in vorteilhafter Weise nicht nur der Aufwand zur Ansteuerung der Schaltventile verringert, sondern auch die Kosten für das Bremssystem gesenkt werden können.
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Darüber hinaus ergibt sich in vorteilhafter Weise bei dem vorliegenden Bremssystem durch den Wegfall der bislang vor der Eingangsseite des Pedalgefühl-Simulators verwendeten Schaltventile der Vorteil, dass zugleich der Komfort für den Benutzer des Bremssystems gesteigert wird, da im Allgemeinen der Einsatz eines Schaltventils mit einer Trägheit des hydraulischen Systems aufgrund von dessen Wirken, sowie mit einem Geräusch bei dessen Betätigung verbunden ist. Des Weiteren wird in dem vorliegenden Bremssystem durch den Wegfall von den Schaltventilen auch dessen Gewicht verringert, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs herabgesetzt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Pedalgefühl-Simulator eingangsseitig über eine Fluidleitung, welche fluidisch mit dem ersten Bremskreis und/oder dem zweiten Bremskreis gekoppelt ist, mit einer Kammer des Hauptbremszylinders fluidisch gekoppelt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Bremssystems ist der Pedalgefühl-Simulator eingangsseitig über eine Fluidleitung, welche fluidisch mit dem ersten Bremskreis und/oder dem zweiten Bremskreis gekoppelt ist, unmittelbar mit einer Kammer des Hauptbremszylinders fluidisch gekoppelt. Hierbei wird unter einer unmittelbaren fluidischen Kopplung eine fluidische Verbindung zwischen zwei Komponenten verstanden, bei welcher ein Einwirken von weiteren Komponenten auf die fluidische Verbindung nicht gegeben ist. Mit anderen Worten sollen zwischenliegend zwischen den unmittelbar fluidisch gekoppelten Komponenten keine weiteren Komponenten angeordnet bzw. wirkend sein.
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Des Weiteren kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Hauptbremszylinder mit wenigstens einer ersten Druckkammer versehen sein, welche in ein erstes Volumen und in ein zweites Volumen unterteilbar ist, wobei das erste Volumen von einer ersten Kolbenwand eines Stangenkolbens derart begrenzt ist, dass das Volumen mittels Verschieben der ersten Kolbenwand variierbar ist, und das zweite Volumen von einer zweiten Kolbenwand des Stangenkolbens derart begrenzt ist, dass das zweite Volumens mittels eines Verschiebens der zweiten Kolbenwand variierbar ist, wobei das erste Volumen und das zweite Volumen fluidisch an ein Hydraulikfluidreservoir gekoppelt sind, und ein erster Bremskreis mit einer ersten Fluidleitung an das erste Volumen fluidisch gekoppelt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorliegenden Bremssystems kann das stromlos geschlossene Ventil die Funktionalität mehrerer Ventile in einem einzigen Bauteil realisieren. Dabei soll im Hinblick auf ein bekanntes Bremssystem aus dem Stand der Technik bei dem vorliegenden Bremssystem das bislang, insbesondere eingangsseitig von dem Pedalgefühl-Simulator angeordnete, gemäß 1 stromlos geschlossene Magnetventil 35, und das gemäß 1 als das Schaltventil 610 bezeichnete Ventil, welches auch als ein sog. ‚Simulator Separating Valve‘ benannt wird, nunmehr zu einem einzigen stromlos geschlossenen Ventil vereint werden, wodurch die oben stehend beschriebenen Vorteile für das vorliegende Bremssystem erzielt werden können. Zusätzlich dazu lässt mit dem vorliegenden Bremssystem gegenüber der bekannten Konfiguration eines Bremssystems aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise in der Beschreibung von 1 erörtert, das Rückschlagventil 210 einsparen, welches bislang eingangsseitig mit dem Pedalgefühl-Simulator fluidisch gekoppelt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorliegenden Bremssystems kann des Weiteren ein Rückschlagventil vorgesehen sein, welches über eine Fluidleitung an einem Ende mit der Fluidleitung des Pedalgefühl-Simulators fluidisch gekoppelt ist, und am anderen Ende mit der Vorbefüllungsringkammer fluidisch gekoppelt ist. Das Rückschlagventil sorgt in vorteilhafter Weise aufgrund des Zusatzvolumens, welches durch die Vorbefüllungsringkammer zur Verfügung gestellt wird, für eine Verbesserung des Anbremsverhaltens aus drucklosem Bremsenzustand durch eine schnellere Überwindung eines so genannten Totvolumens im angeschlossenen jeweiligen Bremskreis.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst das vorliegende Bremssystem ein steuerbares Rückschlagventil, welches über eine Fluidleitung stromabwärts von dem stromlos geschlossenen Ventil mit dem stromlos geschlossenen Ventil fluidisch gekoppelt ist. Der Zufluss in die jeweiligen Bremskreise des Bremssystems und der Rückfluss in das Hydraulikfluidreservoir werden über die Schließdrücke von dem steuerbaren Rückschlagventil gesteuert. Das steuerbare Rückschlagventil definiert den maximal zulässigen Druck im Ringkolbenvolumen 40, das heißt es dient somit zur Druckbegrenzung.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorliegenden Bremssystems kann der Pedalgefühl-Simulator an dessen Ausgangsseite fluidisch mit einer der Kammern des Hauptbremszylinders gekoppelt sein, wobei der Hauptbremszylinder hierfür eine zugehörige Schnüffelbohrung aufweist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Aufbau des vorliegenden Bremssystems gegenüber dem Stand der Technik verbessert, da ein bislang verwendetes sog. ‚Jump-in Ventil‘, welches zur Darstellung der Kennlinie im Bereich des Einsprungs für den Pedalgefühl-Simulator verwendet wird, nunmehr mit Hilfe des Hauptbremszylinders realisiert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erklärt. Es zeigt dabei
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1: einen schematischen Hydraulikschaltplan eines Bremssystems gemäß dem Stand der Technik,
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2: einen schematischen Hydraulikschaltplan eines Bremssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und
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3: einen schematischen Hydraulikschaltplan eines Bremssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Bevor nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden, soll zunächst die grundlegende Konfiguration eines Bremssystems mit einem Ringvolumen-Kolbenraum im Hauptbremszylinder erläutert werden, welche für sämtliche Ausführungsformen des vorliegenden Bremssystems prinzipiell anwendbar ist. Anschließend wird dann bezugnehmend auf die 2 und 3 die Spezifikation der einzelnen Ausführungsformen in Ergänzung bzw. in Abwandlung zu dieser grundlegenden Konfiguration beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hydraulikschaltplanes eines Bremssystems 10 gemäß dem Stand der Technik, wobei sich zum Betrieb des Bremssystems 10 wesentliche Komponenten in einer mit Bezugszeichen 11 gekennzeichneten und strich-punktierten Umrandung versehenen Einheit untergebracht sind.
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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 und einem mit Bezugszeichen 100 gekennzeichneten ersten Bremskreis zusätzliches Bremsflüssigkeitsvolumen in den ersten Bremskreis 100. Diese Zusatzmenge erhöht den bei Vollbremsungen in der mechanischen Rückfallebene erzielbaren Bremsdruck im ersten Bremskreis 100 und damit die maximal mögliche Fahrzeugverzögerung.
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Weiterhin kompensiert dieser Effekt eventuell im ersten Bremskreis 100 enthaltene Luftblasen, was einen höheren maximalen Bremsdruck in der Rückfallebene, und damit verbunden einen relativ kürzeren Anhalteweg des Fahrzeugs ermöglicht.
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Das Zusatzvolumen verbessert auch das Anbremsverhalten aus drucklosem Bremsenzustand durch schnellere Überwindung eines so genannten Totvolumens im ersten Bremskreis 100. Dieses bekannte Prinzip entspricht dem in 1 mit Bezugszeichen 15 gekennzeichneten hydraulischen Pfad bzw. Fluidleitung mit Rückschlagventil 20. Alle diese vorstehend genannten Vorteile sind auch mit dem vorliegenden Bremssystem realisierbar.
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Gemäß 1 wird den beiden Druckkammern 31, 32 eines konventionellen Hauptbremszylinders 30 eine Primärkammer bzw. Vorbefüllungsringkammer 40 vorgelagert, welche im Volumen durch den Stufenkolben 45 mit einer der beiden 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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Die Vorbefüllungsringkammer 40 wird im Normalbetrieb (das heißt By-Wire) durch eine Ansteuerung eines (stromlos geschlossenen) Magnetventils 35 mit einem Bremsflüssigkeits-(Hydraulikfluid-)Reservoir 50 kurzgeschlossen.
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Der Zeitpunkt dieser Ansteuerung kann bei erkanntem schnellem Anbremsen (zum Beispiel bei einer Notbremsung) zeitlich nach hinten verlagert werden, um die Druckaufbaudynamik in diesem Betriebsfall zu verbessern. In der Betriebsart ‚mechanische Rückfallebene‘ bleibt das Magnetventil 35 geschlossen (da in der Regel nicht bestromt).
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Der Zufluss in die Bremskreise 100 und 200 und der Rückfluss in das Reservoir 50 werden über die Schließdrücke von Rückschlagventilen 210, 110, 55 gesteuert. Das Rückschlagventil 55 definiert den maximal zulässigen Druck im Ringkolbenvolumen 40 (Druckbegrenzung), während die Rückschlagventile 210, 110 in den Bremskreisen 100 und 200 eine minimale Druckdifferenz zwischen den Bremskreisen 100, 200 und dem Ringkolbenvolumen bzw. der Vorbefüllungsringkammer 40 definieren.
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Übersteigt der Druck im Ringkolbenvolumen 40 diese Druckschwelle, strömt Bremsflüssigkeit aus dem Ringkolbenbereich 40 in die Bremskreise 100, 200. Dieser Zustand bleibt bestehen, bis entweder die Druckschwelle durch Ansteigen der Bremskreisdrücke unterschritten oder bis der durch Rückschlagventil 55 vorgegebene Maximaldruck in der Vorbefüllungsringkammer 40 überschritten wird. Durch Implementierung eines hydraulischen Parallelpfades 115 wird der Effekt auch in Bremskreis 200 genutzt.
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Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass jeweils in den Fluidleitungen 100, 200 (stromlos offene) in bekannter Weise Schaltventile 105, 205 angeordnet sind, die einen direkten Durchgriff (das heißt eine Versorgung mit Hydraulikfluid) auf eine Radmodulation 300 zulassen.
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In 1 ist eine allgemein als Radmodulation bekannte Anordnung mit Bezugszeichen 300 gekennzeichnet, wobei die Radmodulation 300 (hier nicht extra dargestellte) Fahrzeugräder, diesen zugeordnete Radbremszylinder sowie Ein- und Auslassventile umfasst, deren Funktionen dem Fachmann bekannt sind und deshalb hier aus Gründen der Kürze nicht erläutert werden sollen.
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Weiterhin ist in 1 mit Bezugszeichen 400 ein Aktor gekennzeichnet, welcher in der dargestellten Konfiguration in 1 elektro-hydraulisch betreibbar sein soll, das heißt zum Beispiel über einen mit "M" gekennzeichneten Elektromotor. Der Aktor 400 wird über eine Fluidleitung 425 aus dem Reservoir 50 mit Hydraulikfluid versorgt. Der Elektromotor M ist derart ansteuerbar, dass er über einen Vorwärts- bzw. Rückwärtstrieb 415 einen Kolben 405 in einem Gehäuse hin und her verlagern kann, um in einem Volumen 410 befindliches Hydraulikfluid z. B. zu komprimieren, das heißt unter Druck zu setzen, um so über Fluidleitungen 430, 440 an Einspeiseverbindungen 450, 460 Hydraulikfluid in die Radmodulation 300 zu übertragen (beispielsweise als ESP-Funktion), unabhängig von einer Betätigung des Hauptbremszylinders 30. In bekannter Weise sind in den Fluidleitungen 430, 440 jeweils Schaltventile 470, 480 mit davor (das heißt vom Aktor 400 aus gesehen) Filtereinrichtungen 475, 485 angeordnet, ebenso wie an anderen Stellen des Bremssystems 10, worauf aber nicht näher eingegangen werden soll, da dies als bekannt vorausgesetzt wird. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass an verschiedenen Stellen des Bremssystems 10 Drucksensoren angeordnet sind, deren Funktion dem Fachmann aber ebenfalls bekannt sein dürfte. Beispielhaft sei der in 1 mit Bezugszeichen 500 gekennzeichnete Drucksensor am Ende der Fluidleitung 440 aufgeführt.
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Weiterhin wird eine Pedalgefühl-Simulator-Einrichtung 600 aufgeführt, umfassend einen Druckspeicher 605, ein Schaltventil 610 sowie eine By-Pass-Fluidleitung 615 mit einem Rückschlagventil 210. Parallel dazu ist ein Schaltventil 620 angeordnet. Es sei jedoch betont, dass die Pedalgefühl-Simulator-Einrichtung 600 dem Fachmann aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist.
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2 zeigt einen schematischen Hydraulikschaltplan eines Bremssystems 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils in detaillierter Ansicht einen Teil des Bremssystems 10 aus 1, nämlich denjenigen Teil, welcher den Hauptbremszylinder 30 in Verbindung mit dem Pedalgefühl-Simulator 600 zeigt.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht des Hauptbremszylinders 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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Weiterhin sind Fluidleitungen 100, 200 des ersten bzw. zweiten Bremskreises mit den entsprechenden Ventilen 105, 205 vorgesehen, wobei die Fluidleitungen 100, 200 in der Darstellung nach ‚unten‘ (bezogen auf die Zeichnung) zur Radmodulation (hier nicht dargestellt) verlaufen und an diese gekoppelt sind.
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Das Hydraulikfluidreservoir 50 ist über Schnüffelbohrungen 34a, 34b, 34c fluidisch jeweils mit den Druckkammern 31, 32, 40 des Hauptbremszylinders 30 gekoppelt. Des Weiteren sind die Schnüffelbohrungen 34a, 34b, 34c mit zugehörigen Dichtungen 41, 42, 43 versehen, welche den Hauptbremszylinder 30 gegenüber der Umgebung abdichten.
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Bei einer Fehlfunktion des Bremssystems 10 hat der Fahrer trotzdem die Möglichkeit, durch Ausüben einer durch einen Pfeil 900 angedeuteten Kraft, das heißt dem 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 Vorbefüllungsringkammer 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 55 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.
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Der Pedalgefühl-Simulator 600 des Bremssystems 10, welcher über einen gesamten vom Fahrer betätigbaren Bremspedalweg oder Abschnitten davon betreibbar ist, ist eingangsseitig über eine Fluidleitung 100, welche fluidisch mit dem ersten Bremskreis und/oder dem zweiten Bremskreis gekoppelt ist, mit der Druckkammer 32 des Hauptbremszylinders 30 fluidisch gekoppelt, und der Pedalgefühl-Simulator 600 ist ausgangsseitig über eine Fluidleitung 60, in welcher ein stromlos geschlossenes Ventil 70 angeordnet ist, fluidisch sowohl mit der Vorbefüllungsringkammer 40 als auch mit dem Hydraulikfluidreservoir 50 gekoppelt.
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Weiterhin ist in dem Bremssystem 10 ein Rückschlagventil 20 vorgesehen, welches über eine Fluidleitung 15 an einem Ende mit der Fluidleitung 60 des Pedalgefühl-Simulators 600 fluidisch gekoppelt ist, und am anderen Ende mit der Vorbefüllungsringkammer 40 fluidisch gekoppelt ist. Außerdem umfasst das Bremssystem 10 ein regelbares Rückschlagventil 55, welches über eine Fluidleitung 71 stromabwärts von dem stromlos geschlossenen Ventil 70 mit dem stromlos geschlossenen Ventil 70 fluidisch gekoppelt ist.
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3 zeigt einen schematischen Hydraulikschaltplan eines Bremssystems 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Da der prinzipielle Aufbau des Bremssystems 10 ähnlich zu demjenigen gemäß der ersten Ausführungsform von 2 ist, soll im Folgenden nur noch dessen Unterschied im Vergleich zu der ersten Ausführungsform erläutert werden.
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Hierbei ist der Pedalgefühl-Simulator 600 an dessen Ausgangsseite fluidisch mit einer der Druckkammern 32 des Hauptbremszylinders 30 gekoppelt, wobei der Hauptbremszylinder 30 hierfür eine zugehörige Schnüffelbohrung 81 aufweist. Die Schnüffelbohrung 81 ist über eine Fluidleitung 82 fluidisch mit der Fluidleitung 15 stromabwärts von dem Rückschlagventil 20 gekoppelt. Die Schnüffelbohrung 81 weist eine zugehörige Lippendichtung 84 im Hauptbremszylinder 30 auf, welche bei einem Positionieren des Stangenkolbens 45 im Bereich der Schnüffelbohrung 81 ein sogenanntes Einsprungverhalten ohne den Pedalgefühl-Simulator 600 darstellbar macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/121645 A1 [0001]
- DE 102011006327 A1 [0002]
