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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils, welches den Durchlass eines Mediums regelt, wobei die Ansteuerung zumindest bereichsweise als Rampenfunktion ausgebildet ist, wobei die Rampe mit einer Rampenbeginnstromstärke beginnt, welche geringer ist als eine Öffnungsbeginnstromstärke des Ventils, bei welcher sich das Ventil beginnt zu öffnen und wobei die Rampe mit einer Rampenendstromstärke endet, welche höher ist als eine Öffnungsendstromstärke, bei welcher das Ventil vollständig geöffnet ist, wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie eine Höhe der Rampenbeginnstromstärke druckabhängig festlegt und/oder einstellt, wobei die Festlegung und/oder Einstellung unter Berücksichtigung eines Druckes des Mediums erfolgt, gegen welchen das Magnetventil öffnet. Weiterhin ist ein hydraulisches Bremssystem vorgesehen.
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Stand der Technik
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Magnetventile haben in der Hydraulikeinheit die Aufgabe das Druckmittel zu halten oder abströmen zu lassen. Typischerweise bestehen hydraulische Bremssysteme aus mehreren Magnetventilen. Die Magnetventile sind im Allgemeinen so konzipiert, dass funktionsabhängig in einer stromlosen Schaltstellung eine Dauerstellung erzielt wird (bspw. stromlos „geschlossen“) und nur für einen Kurzzeitbetrieb das Ventil bestromt wird (bspw. bestromt „offen“). Bei Magnetventilen (MV) in ABS/TCS/ESP-Systemen von Kraftfahrzeugen werden für den geschlossenen Zustand bestimmte Anforderungen an die Öffnungsgeschwindigkeit und auch das Geräuschverhalten gestellt, die von der jeweiligen Aufgabe des MVs im System abhängig sind.
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Aus dem Stand der Technik sind bspw. stromlos geschlossene Ventile bekannt, welche zum schnellen Öffnen kurz mit einem hohen Strom angesteuert (Öffnungsstrom) damit es schnell öffnet. Eine derartige Ansteuerung ist in Figur la gezeigt. Soll das Ventil leise geöffnet werden, kann auch eine Stromrampe vorangestellt werden. Eine derartige Ansteuerung ist in Figur lb gezeigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteilhaft ermöglicht hingegen die erfindungsgemäße Vorrichtung ein langsames und leises Schalten eines Magnetventils und dadurch eine Verbesserung des NVH-Verhaltens (Noise-Vibration-Harshness) des Magnetventils.
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Ermöglicht wird dies gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils, welches den Durchlass eines Mediums regelt, wobei die Ansteuerung zumindest bereichsweise als Rampenfunktion ausgebildet ist, wobei die Rampe mit einer Rampenbeginnstromstärke beginnt, welche geringer ist als eine Öffnungsbeginnstromstärke des Ventils, bei welcher sich das Ventil beginnt zu öffnen und wobei die Rampe mit einer Rampenendstromstärke endet, welche höher ist als eine Öffnungsendstromstärke, bei welcher das Ventil vollständig geöffnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie eine Höhe der Rampenbeginnstromstärke druckabhängig festlegt und/oder einstellt, wobei die Festlegung und/oder Einstellung unter Berücksichtigung eines Druckes des Mediums erfolgt, gegen welchen das Magnetventil öffnet.
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Hierunter wird verstanden, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass eine Festlegung der Höhe der Rampenbeginnstromstärke druckabhängig erfolgt, wobei die Festlegung der Rampenbeginnstromstärke in Abhängigkeit eines Druckes des Mediums gegen welchen das Magnetventil öffnet erfolgt. Als Rampe in Bezug auf die Rampenfunktion ist jeglicher Anstieg von einem ersten Stromwert bei einem ersten Zeitpunkt zu einem höheren zweiten Stromwert bei einem zweiten späteren Zeitpunkt zu verstehen. Insbesondere kann diese Rampe linear über die Zeit verlaufen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Funktionen denkbar. Eine derartige Vorrichtung ist bspw. ein Steuergerät zur Ansteuerung der Magnetventile. Derartige Steuergeräte oder Steuerfunktionen können auch in ein Steuergerät eines ESP- und/oder ABS-Systems integriert sein. Eine derartige Ausgestaltung kann bspw. mittels einer Schaltung umgesetzt sein, bspw. mittels einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC).
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Vorteilhaft führt die druckabhängige Variation der Stromstärke zu Beginn der Stromrampe (Rampenbeginnstromstärke) zu einer flachen Stromrampe. Das heißt, die Stromrampe weist einen geringen Steigungsgradienten auf. Hierdurch kann die Magnetkraft des Ankers beim Ende des Öffnungsvorgangs reduziert werden (im Vergleich zu bisheriger Ansteuerung, bei welcher lediglich die Rampenendstromstärke druckabhängig variiert wird). Die Überschusskraft (zu verstehen als Magnetkraft minus schließende Feder-/Druckkraft) ist weiterhin sehr gering. Dadurch schaltet das Ventil langsam und leise. Der Impuls durch den Anker auf den Polkern ist ebenfalls gering. Hierdurch kann eine Verbesserung des Noise-Vibration-Harshness (NVH) Verhaltens des Ventils erzielt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie eine Höhe der Rampenendstromstärke druckabhängig festlegt und/oder einstellt.
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Hierunter ist zu verstehen, dass die Vorrichtung sowohl eine druckabhängige Variation der Rampenbeginnstromstärke als auch der Rampenendstromstärke ermöglicht. Vorteilhaft liefert die Kombination aus druckabhängiger Rampenbeginnstromstärke und Rampenendstromstärke den optimalen Gradienten und damit die geringstmögliche Überschusskraft und Impuls.
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In einer möglichen Ausgestaltung ist die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie eine Höhe der Rampenendstromstärke temperaturabhängig festlegt und/oder einstellt.
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Hierunter ist zu verstehen, dass die Vorrichtung auch eine temperaturabhängige Variation der Rampenendstromstärke ermöglicht. Vorteilhaft kann durch diese Berücksichtigung eine weitere Optimierung des Gradienten der Stromrampe und des NVH-Verhaltens erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein stromlos geschlossenes Hochdruckschaltventil ansteuert.
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Hierunter ist zu verstehen, dass die Vorrichtung eingerichtet und ausgestaltet ist ein stromlos geschlossene Hochdruckschaltventil in einem hydraulischen Bremssystem, bspw. bei einem ESP-System, anzusteuern. Die Steuerung des Magnetventils durch die Vorrichtung erfolgt bei einem solchen Ventil insbesondere beim Öffnen des Ventils. Die Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise dabei eine Optimierung des Anschlagimpulses des bewegten Ankers an den Polkern am Ende des Öffnungsvorgangs.
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In einer alternativen Weiterbildung ist die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Ansteuerung des Magnetventils ermöglicht, welche bereichsweise als Rampenfunktion und bereichsweise als Dynamikfunktion ausgebildet ist, wobei insbesondere die Ansteuerung zuerst als Rampenfunktion und im Anschluss als Dynamikfunktion erfolgt.
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Hierunter wird verstanden, dass das Magnetventil mittels eines Stromverlaufs angesteuert wird, welcher in einem definierten Bereich einer Rampenfunktion entspricht und in einem weiteren Bereich einer Dynamikfunktion. Eine Kombination Rampenfunktion und Dynamikfunktion ermöglicht vorteilhaft ein möglichst leises Öffnen in allen Regelfällen (mittels der Ansteuerung des Ventils gemäß der Rampenfunktion) sowie ein ausreichendes Sicherheitspuffer für Sonderfälle, wie bspw. klemmendes Ventil, erhöhte Reibung, etc. (mittels der Ansteuerung des Ventils gemäß Dynamikfunktion).
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Ansteuerung des Magnetventils mittels einer flachen Stromrampe ermöglicht.
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Hierunter ist zu verstehen, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass diese eine Ansteuerung des Ventils mit einem rampenförmigen Verlauf der Stromstärke, wobei diese Rampe einen geringen Gradienten aufweist. Dies ermöglicht vorteilhaft eine geringe Magnetkraft am Ende des Öffnungsvorgangs. Weiterhin wird hierdurch eine langsame Bewegung des Ankers des Magnetventils erzielt. Vorteilhaft führt dies zu einer Optimierung des NVH-Verhaltens.
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In einer möglichen Weiterbildung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Ansteuerung des Magnetventils ermöglicht, bei welcher bei einem Erreichen der Rampenendstromstärke eine Überschusskraft des Ventils möglichst klein ist.
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Hierunter wird verstanden, dass Mittel vorhanden sind und/oder die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass dadurch eine Ansteuerung erfolgt bei welcher die Überschusskraft (zu verstehen als Magnetkraft minus schließende Feder-/Druckkraft) am Ende der Stromrampe sehr gering ist. Dadurch schaltet das Ventil langsam und leise. Der Impuls durch den Anker auf den Polkern (und damit das entstehende Geräusch) ist ebenfalls gering.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Schalten des Ventils vom geschlossenen in den geöffneten Zustand während der Rampenfunktion der Ansteuerung ermöglicht.
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Hierunter ist zu verstehen, dass die Anfangs- und Endpunkte der Rampe - d.h. die Rampenbeginnstromstärke und die Rampenendstromstärke - derart durch die Vorrichtung definiert und umgesetzt werden, dass ein Schalten des Ventils vor dem Erreichen der Rampenendstromstärke erreicht wird. Das Ventil ist daher beim Erreichen des Endes der Rampenfunktion bereits vollständig geöffnet.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen ein hydraulisches Bremssystem in einem Kraftfahrzeug mit einem Magnetventil mit einer Magnetbaugruppe, welche eine elektrische Spule umfasst, welche mittels einer Ansteuerung bestrombar ist, wobei die elektrische Spule im bestromten Zustand eine den Ventilanker antreibende stromabhängige Magnetkraft erzeugt, wobei der Ventilanker ein Schließelement während einer Schließbewegung in Richtung eines Ventilsitzes drängt und während einer Öffnungsbewegung aus dem Ventilsitz abhebt, wobei die Ansteuerung zumindest bereichsweise als Rampenfunktion ausgebildet ist, wobei die Rampe mit einer Rampenbeginnstromstärke beginnt, welche geringer ist als eine Öffnungsbeginnstromstärke des Ventils, bei welcher sich das Ventil beginnt zu öffnen und wobei die Rampe mit einer Rampenendstromstärke endet, welche höher ist als eine Öffnungsendstromstärke, bei welcher das Ventil vollständig geöffnet ist, wobei das Bremssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass Mittel vorhanden und ausgestaltet sind, die eine Höhe der Rampenbeginnstromstärke festlegen und/oder einstellen, wobei die Festlegung und/oder Einstellung unter Berücksichtigung eines Druckes des Mediums erfolgt, gegen welchen das Magnetventil öffnet.
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Zur Umsetzung und Ausgestaltung der erwähnten Mittel wird auf die bisherige Beschreibung zur Vorrichtung verwiesen. Hierbei kann bspw. eine Vorrichtung (wie das erwähnte ESP-Steuergerät) als ein solches Mittel verstanden werden. Alternativ und insbesondere ist selbstverständlich auch bspw. eine Steuerung (wie das erwähnte ASIC) als ein solches Mittel zu verstehen, welches bei einem entsprechenden Design ausgestaltet ist, die Höhe der Rampenbeginnstromstärke festzulegen und/oder einzustellen. Auch die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile sind dort bereits beschrieben.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das hydraulische Bremssystem dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden und ausgestaltet sind, die den Druck des Mediums ermitteln, gegen welchen das Magnetventil öffnet.
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Hierunter werden insbesondere Drucksensoren verstanden, welche in das hydraulische Bremssystem integriert sind. Weiterhin ist eine Druckermittlung jedoch auch mittels einer Auswertung weiterer Größen, wie bspw. Verstellweg pro Zeit, etc. denkbar. Neben den Mitteln zur Ermittlung des Fluiddrucks können weiterhin auch vorteilhaft Mittel vorhanden und ausgestaltet sein, die eine Temperatur ermitteln und entsprechend der Temperatur die Rampenendstromstärke festlegen. Hierbei sind wohl Mittel zur Ermittlung der Fluidtemperatur denkbar, als auch alternativ Mittel zur Ermittlung der Außentemperatur.
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Ausführungsformen
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeit der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.
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Von den Figuren zeigt:
- 1a eine Darstellung einer Ventilansteuerung aus dem Stand der Technik gemäß einer Dynamikfunktion, und
- 1b eine Darstellung einer Ventilansteuerung aus dem Stand der Technik gemäß einer Rampenfunktion mit nachgelagerter Dynamikfunktion, und
- 2 eine Darstellung einer durch die Vorrichtung ermöglichte Ventilansteuerung (Ausschnitt Rampenfunktion) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
- 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sowie der Beziehung zu weiteren Komponenten.
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Figur la zeigt eine Darstellung einer Ventilansteuerung aus dem Stand der Technik gemäß einer Dynamikfunktion. Hierbei liefert die Steuerung sofort ab einem Zeitpunkt t1 ein maximaler Stromwert IS. Der maximale Stromwert, die sogenannte Sicherheitsstromstärke IS ist entsprechend hoch gewählt, dass die gewünschte Öffnungsgeschwindigkeit sowie auch eine Sicherheit für das Öffnen des Magnetventils erzielt werden. Die dargestellte Raute zeigt den Öffnungsbeginn des Ventils. Der maximale Stromwert IS bleibt beibehalten. Der dargestellte Kreuzpunkt zeigt den Zeitpunkt zu welchem das Ventil vollständig geöffnet ist. Nach dem vollständigen Öffnen des Ventils wird die Stromstärke zu dem Zeitpunkt tH auf die gewünschte Haltestromstärke IH reduziert, um das stromlos geschlossene Ventil in der Offenposition zu halten.
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1b zeigt eine Darstellung einer Ventilansteuerung aus dem Stand der Technik mit einer Rampenfunktion und nachgelagerter Dynamikfunktion. Hierdurch soll ein leiseres Öffnen ermöglicht werden. Hierzu erfolgt zunächst zum Zeitpunkt t1 die Einstellung einer Rampenbeginnstromstärke I1. Der Strom I1 zu Beginn der Stromrampe ist in der Regel so hoch, dass das Ventil bei jedem Gegendruck noch nicht öffnet. Im zeitlichen Verlauf wird die Stromstärke rampenförmig bis zum Endwert Rampenendstromstärke I2 zum Zeitpunkt t2 erhöht. Dieser Endwert ist variabel definierbar und einstellbar. Die Höhe des Endwertes Rampenendstromstärke I2(p) wird durch den vorhandenen Druck im System definiert. Die für das Öffnen notwendige Stromhöhe I2(p) hängt also vom Druck ab gegen den das Ventil öffnen muss. Die Rampenendstromstärke I2 ist so hoch festzulegen, dass dieser immer ausreicht um bei dem entsprechenden Druck das Ventil zu Öffnen. 1b zeigt dabei einen ersten Stromstärkeverlauf mittels einer durchgezogenen Rampenlinie (für eine erste mögliche Rampenendstromstärke) sowie einen zweiten Stromstärkeverlauf mittels einer gestrichelten Rampenlinie (für eine zweite mögliche Rampenendstromstärke). Die Druckabhängigkeit der Rampenendstromstärke I2 ermöglicht eine flache Rampensteigung. Der Strom bei einem komplett geöffneten Ventil ist daher nicht viel höher als der Strom zum Öffnungsbeginn. Weiterhin ist der Kraftüberschuss beim Auftreffen des Ankers auf den Polkern bei einer flachen Stromrampe geringer als bei einer steilen Stromrampe.
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Weiterhin wird nach der Rampenfunktion eine Dynamikfunktion ausgeführt, bei welcher der maximale Stromwert, die sogenannte Sicherheitsstromstärke IS eingestellt wird. Hierdurch wird ein Sicherheitspuffer ermöglicht, durch welchen gewährleistet wird, dass das Ventil auch unter Berücksichtigung aller möglichen Eventualitäten tatsächlich geöffnet wird. Beim Erreichen des Haltezeitpunkts tH, kann der Strom auf den Haltestromwert IH abgesenkt werden.
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Die Darstellung zeigt weiterhin mittels einer Raute den Öffnungsbeginn des Ventils an, sowie durch den Kreuzpunkt wiederum das vollständig geöffnete Ventil. Ziel dabei ist, dass das Ventil während der Rampenansteuerung schaltet (d.h. seine Endlage erreicht). Der Strom (bzw. die Magnetkraft) ist weiterhin durch die Rampenfunktion beim Auftreffen des Ankers auf den Polkern nicht so hoch wie beim Schalten mit hohem Strom. Dementsprechend leiser ist das Schaltgeräusch.
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Die 2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ventilansteuerung. Hierbei werden mögliche Rampenfunktionen dargestellt. Hierbei ist eine minimale Rampenfunktion (durchgehende Linie) gezeigt und eine maximale Rampenfunktion (gestrichelte Linie). Selbstverständlich kann es sich hierbei nur um einen Ausschnitt der Ventilansteuerung handeln, welche bspw. eine Rampenfunktion und eine Dynamikfunktion umfasst. Die Rampenbeginnstromstärke I1 ist erfindungsgemäß druckabhängig. Die 2 zeigt dabei mit I1min(p) eine minimale Rampenbeginnstromstärke für den Zeitpunkt t1. Weiterhin zeigt die Figur mit I1max(p) eine maximale Rampenbeginnstromstärke. Ausgehend von diesem Beginn wird die Stromstärke rampenförmig bis zu einer Rampenendstromstärke I2 zu einem Zeitpunkt t2 weiterentwickelt. Hierbei zeigt 2 wiederum mit I2min(p, T) eine minimale Rampenendstromstärke sowie mit I2max(p, T) eine maximale Rampenendstromstärke. D.h. die Rampenendstromstärke ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel druck- und temperaturabhängig.
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3 zeigt weiterhin eine schematische Darstellung der Vorrichtung V gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sowie der Beziehung zu weiteren Komponenten. Hierbei ist die Vorrichtung V als ESP-Steuergerät ausgestaltet. Die Vorrichtung V kann dabei ein oder mehrere Magnetventile MV in einem hydraulischen Bremssystem BS eines Fahrzeugs ansteuern. Die Vorrichtung V enthält dabei Mittel M. Die Mittel M unterstützen und/oder ermöglichen. die Ansteuerung des Magnetventils MV. Ein Mittel M ist hierzu bspw. als ASIC ausgestaltet. Weiterhin ermöglichen die Mittel M eine Festlegung und Einstellung der Rampenbeginnstromstärke und/oder der Rampenendstromstärke. Weiterhin besteht ein Drucksensor Sl. Informationen des Drucksensors Sl können durch die Vorrichtung V aufgenommen und verarbeitet werden. Weiterhin besteht ein Temperatursensor S2, dessen Informationen ebenfalls durch die Vorrichtung V verarbeitet werden. Die Sensoren S1 und S2 können dabei ein Teil des hydraulischen Bremssystems BS sein. Ebenfalls ist denkbar, dass das hydraulische Bremssystem BS die Vorrichtung V umfasst.