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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrbahn in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2012 214 900 A1 ist es bekannt, ein Fahrzeug durch einen autonomen Druckaufbau in der hydraulischen Betriebsbremse an einer Steigung gegen Wegrollen zu sichern und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne eine elektrische Feststellbremse zu betätigen, um das Fahrzeug dauerhaft festzusetzen. Vor der Aktivierung der Feststellbremse wird geprüft, ob die Fahrzeugräder, welche mit der Feststellbremse ausgestattet sind, zumindest teilweise auf einem Untergrund mit niedrigem Reibwert stehen, was anhand einer Raddrehung der betreffenden Räder festgestellt wird. Wird eine entsprechende Radbewegung detektiert, unterbleibt die Übergabe von der Betriebsbremse an die elektrische Feststellbremse.
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Offenbarung der Erfindung
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Reibwert zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug befindet, ermittelt werden. Der Reibwert kann in verschiedenen Regelsystemen oder Fahrerassistenzsystemen im Fahrzeug weiterverwendet werden, beispielsweise in einem Antiblockiersystem, einer Traktionskontrolle oder einem elektronischen Stabilitätsprogramm. Bei Kenntnis des aktuellen Reibwertes kann außerdem im Stillstand des Fahrzeugs eine angepasste Halte- bzw. Feststellkraft einer Feststellbremse und/oder eines sonstigen Systems im Fahrzeug eingestellt werden, mit dessen Hilfe das Fahrzeug festgesetzt wird. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, bei niedrigen Reibwerten ein Warnsignal zu erzeugen, das dem Fahrer mitgeteilt wird.
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Bei dem Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts wird das Motormoment eines Elektromotors bestimmt, der in einer Radverstelleinrichtung verbaut ist und über den mindestens ein Fahrzeugrad verstellt werden kann. Der Reibwert hängt mit dem Motormoment des Elektromotors zusammen, das erforderlich ist, um das Rad zu verstellen, so dass bei Kenntnis des Motormoments auf den Reibwert geschlossen werden kann. Bei geringerer Reibung muss ein geringeres Motormoment für die Radverstellung aufgebracht werden, bei höherer Reibung ein höheres Motormoment.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es somit mit einfachen Mitteln, den aktuellen Reibwert zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn festzustellen, indem das Motormoment des Elektromotors in der Radverstelleinrichtung bestimmt und ausgewertet wird. Hierfür wird insbesondere die Stromaufnahme des Elektromotors in der Radverstelleinrichtung bestimmt, die proportional zu dem Motormoment ist, das durch Multiplikation der aktuellen Stromaufnahme mit der Motorkonstanten des Elektromotors berechnet werden kann. Bei diesem Verfahren genügt es somit, lediglich die Stromaufnahme des Elektromotors in der Radverstelleinrichtung zu bestimmen, um auf das Motormoment und von diesem auf den aktuellen Reibwert zu schließen. Darüber hinaus sind grundsätzlich keine weiteren Sensorinformationen für die Ermittlung des Reibwerts erforderlich.
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Gemäß bevorzugter Ausführung wird der Reibwert aus dem Verhältnis des aktuellen Motormoments zu einem Referenzmotormoment bestimmt, das bei einem Referenzreibwert ermittelt wurde. Mit der Kenntnis des aktuellen Motormoments kann aus dem Verhältnis zum Referenzmotormoment und unter Multiplikation mit dem Referenzreibwert der aktuelle Reibwert bestimmt werden. Es handelt sich entsprechend um einen linearen Zusammenhang zwischen dem aktuellen Reibwert und dem aktuellen Motormoment, wobei im Prinzip auch nichtlineare Zusammenhänge möglich sind.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung erfolgt die Reibwertermittlung nur unterhalb eines Geschwindigkeitsgrenzwertes. Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Reibwertermittlung im Stillstand des Fahrzeugs durchzuführen, so dass während der Verstellung des Rades über den Elektromotor die Haftreibung zwischen Fahrbahn und Fahrzeugrad überwunden werden muss. Die Kenntnis des Reibwerts kann für das Parken und die Einstellung der Feststellbremskraft herangezogen werden.
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Es ist jedoch auch möglich, die Reibwertermittlung ohne Begrenzung auf einen Geschwindigkeitsbereich durchzuführen, so dass auch bei höheren Geschwindigkeiten der Reibwert ermittelt werden kann. In diesem Fall dient die Kenntnis des Reibwertes insbesondere für die Parametrierung von Regelsystemen oder Fahrerassistenzsystemen wie zum Beispiel Antiblockiersysteme, Traktionskontrollen oder elektronische Stabilitätsprogramme.
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Die Ansteuerung des Elektromotors in der Radverstelleinrichtung mit dem Ziel der Ermittlung des Reibwerts erfolgt insbesondere auf selbsttätige Weise und erfordert kein aktives Handeln des Fahrers. Es genügt, dass beispielsweise im Stillstand des Fahrzeugs der Elektromotor angesteuert wird, um eine Bewegung des Fahrzeugrades zu erzeugen und das erforderliche Motormoment bestimmen zu können. Hierfür ist nur eine minimale Radbewegung erforderlich, so dass die Radposition annähernd gleich bleibt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung erfolgt die Auswertung und Bestimmung des Motormoments bei einem Aktivwerden des Elektromotors während des Fahrbetriebs. Auch während der Fahrt ist es möglich, eine minimale Auslenkung des Fahrzeugrades über eine Ansteuerung des Elektromotors in der Radverstelleinrichtung durchzuführen, ohne einen signifikanten Einfluss auf die Fahrzeugbewegung zu nehmen. Gegebenenfalls wird dies nur bei Vorliegen bestimmter Randbedingungen durchgeführt, beispielsweise bei Querbeschleunigungen oder Gierraten unterhalb eines Grenzwertes, um die Fahrzeugstabilität zu gewährleisten.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird während einer regulären Betätigung des Elektromotors im Fahrbetrieb des Fahrzeugs das Motormoment ausgewertet und aus dem Motormoment der Reibwert ermittelt. Beispielsweise im Fall einer Fahrzeuglenkung und eines elektrischen Servomotors zur Lenkkraftunterstützung kann das Motormoment des Servomotors bestimmt und ausgewertet werden, um den Reibwert zu ermitteln.
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Es genügt grundsätzlich, lediglich das Motormoment des Elektromotors in der Radverstelleinrichtung auszuwerten, um den Reibwert zu bestimmen. In einer weiteren Ausführung kann es aber auch zweckmäßig sein, darüber hinaus weitere sensorische Informationen zu verwerten, beispielsweise Raddrehzahlinformationen oder Beschleunigungsinformationen zur Längs-, Quer- und/oder Vertikalbeschleunigung.
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Der Reibwert kann über eine Betätigung des Elektromotors in der Radverstelleinrichtung entweder in der gleichen Fahrzeugsituation wie bei der anschließenden Verwertung des Reibwertes oder in einer unterschiedlichen Fahrsituation ermittelt werden. Beispielsweise ist es möglich, bei fahrendem Fahrzeug über eine Betätigung der Radverstelleinrichtung den Reibwert zu bestimmen und anschließend den Reibwert beim Parken des Fahrzeugs über eine Ansteuerung der Feststellbremse und/oder weiterer, das Fahrzeug festsetzender Einrichtungen im Fahrzeug zu verwerten. Umgekehrt kann der Reibwert im Stillstand des Fahrzeugs ermittelt und anschließend bei fahrendem Fahrzeug verwertet werden.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird die aktuelle Fahrbahnneigung bestimmt und insbesondere für das Festsetzen des Fahrzeugs im Stillstand die aktuelle Bremskraft sowie die Hangabtriebskraft ermittelt, wobei ein Signal erzeugt wird, falls die Bremskraft geringer ist als die Hangabtriebskraft. Mit zunehmender Fahrbahnneigung nimmt die Hangabtriebskraft zu, wobei je nach aktuellem Reibwert gegebenenfalls zusätzlich zur elektromechanischen Feststellbremse im Fahrzeug eine Zusatzbremskraft erzeugt wird, um der Hangabtriebskraft in hinreichendem Maße entgegenwirken zu können. So ist es beispielsweise zweckmäßig, eine Parksperre eines Automatikgetriebes im Fahrzeug oder die hydraulische Fahrzeugbremse zu aktivieren und den hydraulischen Bremsdruck in einem oder in beiden Bremskreisen einzufrieren, um während des Parkens des Fahrzeugs eine ausreichend große Feststellkraft für das Festsetzen des Fahrzeugs zur Verfügung zu haben.
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Bei der Radverstelleinrichtung handelt es sich vorzugsweise um die Fahrzeuglenkung, die mit einem elektrischen Servomotor als elektromotorische Unterstützung ausgestattet ist. Hierbei kommen sowohl Vorderachslenkungen als auch Hinterachslenkungen in Betracht.
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Zusätzlich oder alternativ handelt es sich bei der Radverstelleinrichtung um eine Spurverstelleinrichtung, über die die Spur eines oder mehrerer Fahrzeugräder mithilfe eines Elektromotors einstellbar ist. Auch über die Einstellung der Spur wird die Position des Fahrzeugrades auf der Fahrbahn verändert, so dass über das erforderliche Motormoment des Elektromotors der Reibwert ermittelt werden kann.
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Die Verfahrensschritte laufen in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, in welchem auch Stell- oder Steuersignale erzeugt werden können, um eine oder mehrere Fahrzeugeinrichtungen, insbesondere zur Beeinflussung der Bremskraft, einzustellen.
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Das Fahrzeug ist vorzugsweise mit einer elektromechanischen Feststellbremse ausgestattet, die einen elektrischen Bremsmotor aufweist, über den eine Feststell- bzw. Klemmkraft erzeugbar ist. Hierbei wird die Rotationsbewegung des Rotors des elektrischen Bremsmotors in eine axiale Stellbewegung einer Spindel übertragen, über die ein Bremskolben axial gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird. Die elektromechanische Feststellbremse kann in die hydraulische Fahrzeugbremse integriert sein, bei der der Bremskolben von dem hydraulischen Bremsfluid gegen die Bremsscheibe beaufschlagt wird.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen.
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1 eine schematische Darstellung einer mit einer hydraulischen Fahrzeugbremse mit einem Bremskraftverstärker, wobei die Radbremseinrichtungen der Fahrzeugbremse an der Fahrzeughinterachse zusätzlich als elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor ausgeführt sind,
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2 einen Schnitt durch eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor,
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3 ein Ablaufschema mit Verfahrensschritten zur Ermittlung des Reibwerts zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte hydraulische Fahrzeugbremse 1 für ein Fahrzeug umfasst einen Vorderachs-Bremskreis 2 und einen Hinterachs-Bremskreis 3 zur Versorgung und Ansteuerung von Radbremseinrichtungen 9 an jedem Rad des Fahrzeugs mit einem unter Hydraulikdruck stehenden Bremsfluid. Die beiden Bremskreise 2, 3 sind an einen gemeinsamen Hauptbremszylinder 4 angeschlossen, der über einen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 5 mit Bremsfluid versorgt wird. Der Hauptbremszylinderkolben innerhalb des Hauptbremszylinders 4 wird vom Fahrer über das Bremspedal 6 betätigt, der vom Fahrer ausgeübte Pedalweg wird über einen Pedalwegsensor 7 gemessen. Zwischen dem Bremspedal 6 und dem Hauptbremszylinder 4 befindet sich ein Bremskraftverstärker 10, der beispielsweise einen Elektromotor umfasst, welcher bevorzugt über ein Getriebe den Hauptbremszylinder 4 betätigt (iBooster).
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Die vom Pedalwegsensor 7 gemessene Stellbewegung des Bremspedals 6 wird als Sensorsignal an ein Regel- bzw. Steuergerät 11 übermittelt, in welchem Stellsignale zur Ansteuerung des Bremskraftverstärkers 10 erzeugt werden. Die Versorgung der Radbremseinrichtungen 9 mit Bremsfluid erfolgt in jedem Bremskreis 2, 3 über verschiedene Schaltventile, die gemeinsam mit weiteren Aggregaten Teil einer Bremshydraulik 8 sind. Zur Bremshydraulik 8 gehört des Weiteren eine Hydraulikpumpe, die Bestandteil eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) ist.
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In 2 ist die Radbremseinrichtung 9, die an einem Rad an der Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet ist, im Detail dargestellt. Die Radbremseinrichtung 9 ist Teil der hydraulischen Fahrzeugbremse 1 und wird aus dem Hinterachs-Bremskreis mit Bremsfluid 22 versorgt. Die Radbremseinrichtung 9 weist außerdem eine elektromechanische Bremsvorrichtung auf, die bevorzugt als Feststellbremse zum Festsetzen eines Fahrzeugs im Stillstand eingesetzt wird, jedoch auch bei einer Bewegung des Fahrzeugs, insbesondere bei kleineren Fahrzeuggeschwindigkeiten unterhalb eines Geschwindigkeits-Grenzwerts zum Abbremsen des Fahrzeugs eingesetzt werden kann.
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Die elektromechanische Bremsvorrichtung umfasst einen Bremssattel 12 mit einer Zange 19, welche eine Bremsscheibe 20 übergreift. Als Stellglied weist die Bremsvorrichtung einen Gleichstrom-Elektromotor als Bremsmotor 13 auf, dessen Rotorwelle eine Spindel 14 rotierend antreibt, auf der eine Spindelmutter 15 rotationsfest gelagert ist. Bei einer Rotation der Spindel 14 wird die Spindelmutter 15 axial verstellt. Die Spindelmutter 15 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 16, der Träger eines Bremsbelags 17 ist, welcher von dem Bremskolben 16 gegen die Bremsscheibe 20 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 20 befindet sich ein weiterer Bremsbelag 18, der ortsfest an der Zange 19 gehalten ist. Der Bremskolben 16 ist auf seiner Außenseite über einen umgreifenden Dichtring 23 druckdicht gegenüber dem aufnehmenden Gehäuse abgedichtet.
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Innerhalb des Bremskolbens 16 kann sich die Spindelmutter 15 bei einer Drehbewegung der Spindel 14 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe 20 zu bzw. bei einer entgegen gesetzten Drehbewegung der Spindel 14 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 21 bewegen. Zum Erzeugen einer Klemmkraft beaufschlagt die Spindelmutter 15 die innere Stirnseite des Bremskolbens 16, wodurch der axial verschieblich in der Bremsvorrichtung gelagerte Bremskolben 16 mit dem Bremsbelag 17 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 20 gedrückt wird.
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Für die hydraulische Bremskraft wirkt auf den Bremskolben 16 der hydraulische Druck des Bremsfluids 22 aus der hydraulischen Fahrzeugbremse 1. Der hydraulische Druck kann auch im Fahrzeugstillstand bei Betätigung der elektromechanischen Bremsvorrichtung unterstützend wirksam sein, so dass sich die Gesamt-Bremskraft aus dem elektromotorisch gestellten Anteil und dem hydraulischen Anteil zusammensetzt. Während der Fahrt des Fahrzeugs ist entweder nur die hydraulische Fahrzeugbremse aktiv oder sowohl die hydraulische Fahrzeugbremse als auch die elektromechanische Bremsvorrichtung oder nur die elektromechanische Bremsvorrichtung, um Bremskraft zu erzeugen. Die Stellsignale zur Ansteuerung sowohl der einstellbaren Komponenten der hydraulischen Fahrzeugbremse 1 als auch der elektromechanischen Radbremseinrichtung 9 werden in dem Regel- bzw. Steuergerät 11 erzeugt.
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In 3 ist ein Ablaufschema mit Verfahrensschritten zur Ermittlung des Reibwerts zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug befindet, dargestellt. Das Verfahren kann eingesetzt werden, um in Abhängigkeit des ermittelten Reibwertes und der Fahrbahnneigung eine ausreichend hohe Feststellkraft zum dauerhaften Festsetzen des Fahrzeugs im Stillstand zu erzeugen.
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Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt 30 überprüft, ob sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, insbesondere anhand von Informationen aus Raddrehzahlsensoren. Der Fahrzeugstillstand soll im Ausführungsbeispiel Voraussetzung sein für die Ermittlung des Reibwertes und die Erzeugung der Feststellkraft.
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Ergibt die Abfrage im Schritt 30, dass das Fahrzeug sich nicht im Stillstand befindet, wird der Nein-Verzweigung („N“) folgend zum Beginn des Verfahrensschrittes 30 zurückgekehrt und dieser in zyklischen Abständen erneut durchlaufen. Ergibt dagegen die Abfrage im Schritt 30, dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, wird der Ja-Verzweigung („Y“) folgend zum nächsten Verfahrensschritt 31 vorgerückt, in welchem zur Ermittlung des aktuellen Reibwertes der elektrische Servomotor in der Fahrzeuglenkung betätigt wird. Es genügt grundsätzlich, den elektrischen Servomotor nur so weit zu betätigen, dass sich die Fahrzeugräder der gelenkten Achse geringfügig verstellen. Dies reicht aus, um aus der aktuellen Stromaufnahme Iakt des elektrischen Servomotors auf das aktuelle Motormoment MMot,akt zu schließen, indem die Stromaufnahme Iakt mit der Motorkonstanten des Servomotors multipliziert wird.
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Des Weiteren wird in dem Verfahrensschritt
31 bei Kenntnis des aktuellen Motormomentes M
Mot,akt der Reibwert aus folgendem Zusammenhang bestimmt:
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Das Referenzmotormoment MMot,Ref wird bei einem Referenzreibwert μRef vorab ermittelt und in einem Regel- bzw. Steuergerät abgelegt und kann in der vorbeschriebenen Weise durch Bilden des Verhältnisses von aktuellem Motormoment MMot,akt zu Referenzmotormoment MMot,Ref für die Ermittlung des aktuellen Reibwertes μakt herangezogen werden.
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Im folgenden Verfahrensschritt 32 wird die Hangneigung α der Fahrbahn bestimmt, auf der das Fahrzeug abgestellt ist. Die Fahrbahnneigung α kann insbesondere aus Längsbeschleunigungssensoren bestimmt werden, die im Fahrzeug beispielsweise in einem elektronischen Stabilitätsprogramm eingesetzt werden. In Abhängigkeit von der aktuellen Hangneigung α sowie des aktuellen Reibwerts μakt kann festgelegt werden, ob die Feststellbremskraft aus der elektromechanischen Feststellbremse für das dauerhafte und sichere Festsetzen des Fahrzeuges ausreicht oder ob zusätzlich eine weitere Bremskraft erzeugt werden muss.
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Diese Abfrage erfolgt im folgenden Verfahrensschritt 33. Reicht die Parkbremskraft der elektromechanischen Feststellbremse für das dauerhafte und sichere Festsetzen des Fahrzeuges aus, wird der Ja-Verzweigung folgend zum Schritt 34 vorgerückt, und das Verfahren ist beendet. Genügt dagegen die Parkbremskraft der elektromechanischen Feststellbremse nicht für das dauerhafte Festsetzen des Fahrzeugs, wird der Nein-Verzweigung folgend zum nächsten Verfahrensschritt 35 vorgerückt, in welchem eine Zusatzbremskraft erzeugt wird. Diese Zusatzbremskraft kann auf verschiedene Weisen generiert werden, beispielsweise über eine Parksperre eines Automatikgetriebes im Fahrzeug oder über die Aktivierung der hydraulischen Fahrzeugbremse, indem ein hydraulischer Bremsdruck erzeugt wird, der in einem oder in beiden Bremskreisen eingefroren wird.
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Bei der Ermittlung, ob die Parkbremskraft bei gegebener Hangneigung und gegebenem Reibwert ausreichend ist, kann noch eine Sicherheitsmarge berücksichtigt werden, die beispielsweise beim Reibwert im Sinne eines größeren Sicherheitsabstandes berücksichtigt wird, um Mess- und Schätzungenauigkeiten zu kompensieren. Hierbei kann beispielsweise von einem geringfügig kleineren, tatsächlichen Reibwert ausgegangen werden, um Mess- bzw. Schätzungenauigkeiten zu berücksichtigen und eine ausreichend hohe Feststellbremskraft zur Verfügung zu stellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012214900 A1 [0002]