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Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft weiterhin ein Betriebsverfahren.
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In der überwiegenden Zahl heutiger Bremssysteme für Kraftfahrzeuge werden die hydraulischen Drücke zum Betätigen der Radbremsen mit Hilfe der Kombination eines Vakuumbremskraftverstärkers mit einem Tandemhauptbremszylinder bereitgestellt. Zukünftig wird der Vakuumbremskraftverstärker durch einen elektrischen Bremskraftverstärker ersetzt werden, weil in modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere PKW, zum einen kein Vakuum verfügbar ist und zum anderen für Fahrerassistenzfunktionen wie Stau- und Einparkassistenz sowie für das automatisiertes Fahren eine elektrische Ansteuerbarkeit des Bremskraftverstärkers gefordert wird, welche naturgemäß im elektrischen Bremskraftverstärker technisch einfacher zu realisieren ist.
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Die bekannten Vakuumbremskraftverstärker sind meist mit einer besonderen Verstärkungscharakteristik ausgestattet, die sich als für den Fahrzeugführer besonders komfortabel bedienbar herausgestellt hat. Bei einer Betätigung des Bremspedals eines Pkw mit Vakuumbremskraftverstärker und Hauptbremszylinder werden die abgegebenen Bremskreisdrücke für kleine Pedalwege in Abhängigkeit von diesem Pedalweg gesteuert, wobei die Drücke im Anfangswegbereich sehr schnell steigen und die Pedalkraft kaum zunimmt. Bei stärkeren Bremsungen geht die Pedalcharakteristik zu einer Proportionalität zwischen Pedalkraft und abgegebenem Druck über.
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Elektromechanisch-hydraulische Bremskraftverstärker sind beispielsweise aus der
DE 10 2011 086 916 A1 bekannt. Darin setzt sich bei verstärkungskraftunterstützten Bremsvorgängen das den Radbremsen zugeführte Druckmittelvolumen zusammen aus einem ersten Druckmittel-Volumenanteil, der vom Hauptbremszylinder abgegeben wird, und einem zweiten Druckmittel- Volumenanteil, der von einer Einrichtung zum Erzeugen der Verstärkungskraft gesteuert wird. Dadurch ist es möglich, jedem Signalwert eines erfassten Pedalwegs gemäß einer vorgegebenen Kennkurve einen Druckwert zuzuordnen, mit welchem die Radbremsen beaufschlagt werden und der gleichzeitig einen hydraulischen Anteil der Pedalrückstellkraft bewirkt. So kann der vom Vakuumbremskraftverstärker bekannte steile Anstieg des Bremsdrucks im Anfangs-Pedalweg-Bereich realisiert werden. Nachteilig ist dabei, dass die Pedalkraft konstruktionsbedingt in fester proportionaler Relation zum Bremsdruck steht. Für ein komfortableres Pedalgefühl müsste die Pedal-Rückstellkraft im Anfangs-Pedalweg-Bereich verringert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bremssystem mit einer elektrohydraulischen Bremskreisdruckbereitstellung zu schaffen, welches näherungsweise die bewährte, vom abzulösenden Vakuumbremskraftverstärker bekannte Charakteristik besitzt und eine Pedal-Rückstellkraft ausübt, die im Anfangs-Pedalweg-Bereich gegenüber dem Stand der Technik vermindert ist. Weiterhin soll ein entsprechendes Betriebsverfahren bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird in Bezug auf das Bremssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass hydraulische Mittel vorgesehen sind, um die effektive Wirkfläche des Antriebskolbens pedalwegabhängig variabel zu gestalten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es auch bei hydraulischen Systemen wünschenswert ist, die oben beschriebene, von Vakuumbremskraftverstärkern bekannte Betätigungscharakteristik auch in Kraftfahrzeugen ohne Vakuum, in denen ein elektrohydraulisches Bremssystem eingesetzt wird, zu realisieren.
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Wie nunmehr erkannt wurde, kann diese Zielsetzung mit Hilfe einer pedalwegabhängigen Wirkflächenflächenveränderung erzielt werden.
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Das mit dem Hauptbremskolben verbundene Bauteil ist bevorzugt der hydraulische Primär- und Antriebskolben.
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Vorteilhafterweise umfassen die hydraulischen Mittel einen Wirkflächenvergrößerungskörper, der in Betätigungsrichtung vom Antriebskreisdruck beaufschlagt wird, wobei die entsprechende Reaktionskraft auf den Wirkflächenvergrößerungskörper entgegen der Betätigungsrichtung aus der Summe zweier Kräfte besteht, von denen eine sich auf dem Antriebskolben abstützt und die andere am Antriebsstufen- und Hauptbremszylindergehäuse und wobei diese Abstützkräfte wegabhängig und/oder differenzwegabhängig sind.
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Die den Wirkflächenvergrößerungskörper gegen den Antriebskolben abstützende Kraft ist bevorzugt eine Kontaktkraft aufgrund eines Anschlags. Das heißt, dass sie Null ist wenn der Weg des Antriebskolbens größer ist als der Weg des Wirkflächenvergrößerungskörpers und dass diese Kraft bei gleichen Wegen Werte größer Null annimmt, die bewirken, dass der Wirkflächenvergrößerungskörper den Antriebskolben nicht überholen kann.
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Die den Wirkflächenvergrößerungskörper gegen das Antriebsstufen- und Hauptbremszylindergehäuse abstützende Kraft hängt vom Weg des Wirkflächenvergrößerungskörpers relativ zum Gehäuse ab. In einem ersten, an die Ausgangslage anschließenden Wegabschnitt ist diese Abstützkraft vorzugsweise Null. Danach wächst sie in einem zweiten Wegabschnitt an, bevorzugt durch Aufsetzen auf eine Feder, und kann schließlich in einem dritten Wegabschnitt eine Kontaktkraft sein, die bewirkt dass ein weiterer Weg des Wirkflächenvergrößerungskörpers relativ zum Antriebsstufen- und Hauptbremszylindergehäuse blockiert ist.
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Bevorzugt sind die hydraulischen Mittel derart ausgebildet, dass die effektive Wirkfläche ausgehend von einer unbetätigten Stellung des Bremspedals bei zunehmendem Pedalweg abnimmt.
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Bevorzugt ist die effektive Wirkfläche im ersten Wegabschnitt konstant (sowie vergrößert gegenüber einer Wirkfläche im dritten Abschnitt)und im dritten Wegabschnitt ebenfalls konstant (unvergrößert). Dazwischen gibt es im zweiten Wegabschnitt bevorzugt einen kontinuierlichen Übergang. Weil eine tatsächliche Flächenänderung mit automobiltechnik-üblichen Mitteln nicht realisierbar ist wurde das Konzept der wegabhängigen Abstützung des Wirkflächenvergrößerungskörpers gewählt. Seine hydraulisch wirksame Fläche bleibt immer gleich. Im ersten Wegabschnitt ist stützt sich der Wirkflächenvergrößerungskörper bevorzugt alleine auf dem Antriebskolben ab. Im dritten Wegabschnitt stützt er sich bevorzugt alleine am Antriebsstufen- und Hauptbremszylindergehäuse ab.
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Der Wirkflächenvergrößerungskörper weist vorteilhafterweise eine vom Druck in der Antriebskammer, d. h. dem Antriebskreisdruck beaufschlagte Zusatzwirkfläche auf, wobei sich der Wirkflächenvergrößerungskörper bis zu einem vorgegebenen Pedalweg am hydraulischen Antriebskolben und bei darüber hinausgehenden Pedalwegen am Antriebsstufen- und Hauptbremszylindergehäuse abstützt.
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Bei Pedalwegen, die größer sind als eine vorgegebene Pedalwegschwelle, erfolgt bevorzugt eine Abstützung des Wirkflächenvergrößerungskörpers am Hauptbremszylindergehäuse durch eine Abstützfeder. Ab diesem Pedalweg beginnt die Abstützung, zunächst mit einer kleinen, dann mit dem Weg zunehmenden Kraft. Es erfolgt kein Kraftsprung. Das Erreichen der Pedalwegschwelle korrespondiert dabei zum Ende des ersten Abschnitts und dem Beginn des zweiten Abschnitts.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abstützfeder als Tellerfeder ausgebildet bzw. umfasst wenigstens eine Tellerfelder. Insbesondere kann sie als Tellerfederpaket ausgebildet sein. Ein Stapel aus einzelnen Tellerfedern hat den Vorteil, wenig Bauraum zu benötigen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abstützfeder als schraubenlinienförmig gewickelte Druckfeder ausgebildet bzw. umfasst eine schraubenlinienförmig ausgebildete Druckfeder. Eine schraubenlinienförmig gewickelt Druckfeder hat eine linearere Kennlinie als eine Tellerfeder und weist weniger Hysterese auf.
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Der Wirkflächenvergrößerungskörper ist bevorzugt als eine vom Antriebskolben durchdrungene Hülse ausgebildet.
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Bevorzugt umfasst das Bremssystem zumindest zwei Bremskreise und der Hauptbremszylinder zumindest zwei Druckkammern, wobei jeder Bremskreis einer der Druckkammern zugeordnet ist.
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Bevorzugt weist der Druckmittelvorratsbehälter den jeweiligen Druckkammern zugeordnete Anschlüsse auf.
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Vorteilhafterweise sind Ventilmittel vorgesehen, durch welche die Bremskreise separat mit dem Antriebskreis verbunden werden können.
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Vorteilhafterweise sind stromlos offene Ventilmittel vorgesehen, welche bei unbetätigtem Bremspedal einen Druckaufbau in den Bremskreisen ermöglichen, indem durch deren Aktivierung ein Abströmen von Druckmittel in den Druckmittelvorratsbehälter verhindert wird.
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Vorteilhafterweise ist ein Drucksensor zur Erfassung des Drucks im Antriebskreis vorgesehen.
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Bevorzugt ist wenigstens ein Drucksensor zur Erfassung wenigstens eines Bremskreisdrucks vorgesehen.
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Vorteilhafterweise ist ein analog steuerbares Ventil zum bedarfsweisen Abbau des Drucks im Antriebskreis vorgesehen.
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In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Normalbetrieb bei funktionsbereiter Druckbereitstellungseinrichtung zum pedalgesteuerten sowie zum automatisierten Bremsen die als Zuschaltventile ausgebildeten Ventilmittel geöffnet werden und mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung ein hydraulischer Druck eingeregelt wird, der vermöge der geöffneten Zuschaltventile in beiden Bremskreisen sowie in der Antriebskammer bereitsteht.
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Im Normalbetrieb sind dabei Primärkreis, Sekundärkreis und Antriebskreis hydraulisch zusammengeschaltet. Der gemeinsame Druck wird Bremssystemdruck genannt und wird über die Druckbereitstellungseinrichtung vorgegeben, die von einer Elektronikeinheit geregelt wird. Bei nicht zusammengeschalteten Hydraulikkreisen können dagegen die beiden Bremskreisdrücke und der Arbeitskreisdruck unterschiedlich sein.
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Bevorzugt wird zur Durchführung einer pedalbetätigten Bremsung als Rekuperationsbremsung ein Radbremsdruckaufbau verringert oder verhindert und das gleiche Pedalverhalten bereitgestellt wie ohne Rekuperation. Der Fahrer muss sich also bei einer Rekuperationsbremsung nicht an ein neues Bremsverhalten bzw. Pedalgefühl gewöhnen.
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Bei einer erkannten Leckage und/oder nicht funktionsbereiter Druckbereitstellungseinrichtung werden bevorzugt die Zuschaltventile nicht geöffnet. Auf diese Weise bleibt die im unbetätigten Zustand vorhandene Kreistrennung erhalten und eine mögliche Leckage hat keine Auswirkung auf den anderen Bremskreis .
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Das beschriebene Bremssystem erfüllt in bevorzugten Ausführungsformen weitere Aufgaben.
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Es wird eine Bremskreisdruckbereitstellung kompatibel zu einem ESC-Modul realisiert. Um beim Übergang von einer vakuumbasierten zu einer elektrohydraulischen Bremskraftverstärkung möglichst viele Komponenten des Bremssystems weiter verwenden zu können, wird der neuen beschriebenen Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung ein herkömmliches ESC-Modul nachgeschaltet und mit dem üblichen Funktionsumfang betrieben.
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Dazu gehört auch eine von der Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung unabhängige Bremsdruckerzeugung - beispielsweise wenn die benötigten Drücke höher sind als die momentan von der Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung gelieferten Drücke. Dazu ist es notwendig, dass das ESC-Modul Druckmittel über die Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung aus dem Behälter ansaugen kann.
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Daher stellt sich die Aufgabe, in einer neuen Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung ohne sogenannte Trennventile auszukommen, wie sie einigen Bremssystem-Hydrauliklayouts verwendet werden, um die Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung hydraulisch vom Modulator (z. B. in einem ESC-Modul) zu entkoppeln. Der von solchen Trennventilen in ihrem offenen Zustand zugelassenen Druckmittelvolumenströme reichen nicht aus.
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Diese Aufgabe ist einfach zu lösen, da das ESC-Modul an sich bereits dazu vorgesehen ist, mit beliebig vorgebbaren Kreisdrücken zu funktionieren. Kritisch ist lediglich der Betrieb des ESC-Moduls wenn es Radbremsdrücke bereitstellen soll und gleichzeitig ein Kreisdruck auf den Wert des Atmosphärendrucks absinkt. In diesem Fall „saugt“ das ESC an dem entsprechenden Bremskreis, der Kreisdruck sinkt unter den Atmosphärendruck und das ESC Modul-benötigt ein möglichst ungehindertes Nachströmen von Druckmittel aus dem Behälter in den Bremskreis. Hierfür sind bevorzugt entsprechende Rückschlagventile vorgesehen.
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In herkömmlichen Tandemhauptbremszylindern (THZ) sind zwei Druckkammern für die beiden Bremskreise hintereinander angeordnet. Ein Schwimmkolben trennt die beiden Kammern voneinander und die primäre Druckkammer ist von einem mit dem Bremspedal mechanisch gekoppelten Primärkolben begrenzt. In den beiden Kammern sind Federn angeordnet, die die Kolben im unbetätigten Zustand positionieren. Die beiden Federn sind unterschiedlich dimensioniert. Im konventionellen Bremssystem ist die Feder der Primärkammer stärker, um zu erreichen dass bei einer Pedalbetätigung zunächst beide Kolben gleichzeitig verschoben werden, um die zwei Druckausgleichsverbindungen zwischen THZ-Kammern und Behälter möglichst gleichzeitig zu schließen. Aufgrund der unterschiedlichen Federn und unterschiedlicher Beiträge der Dichtringreibungen auf die Kräftebilanzen der beiden Kolben sind die Drücke in beiden Bremskreisen stets etwas unterschiedlich. In Fahrzeugen mit diagonaler Bremskreisaufteilung führt das zu einem unerwünschten Schiefziehen des Fahrzeugs beim Bremsen.
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Daher stellt sich die Aufgabe, in der beschriebenen Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung in einer Normalbetriebsart zwei exakt gleiche Kreisdrücke zu erzeugen Die Bereitstellung exakt gleicher Drücke in beiden Kreisen wird bevorzugt dadurch gelöst, dass im Normalbremsbetrieb beide Kreise über Zuschaltventile miteinander verbunden werden.
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Das Bremssystem ist auch ertüchtigt zur Bereitstellung eines Bremspedalwegs bei einer Rekuperationsbremsung. Nachteilig bei bekannten Bremssystemlayouts ist, dass eine aufwändige elektrohydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung zusätzlich in den Systemumfang des Bremssystems mit aufgenommen werden muss um Rekuperationsbremsungen zu ermöglichen. Daher stellt sich die Aufgabe, eine neue Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung so zu gestalten, dass für Rekuperationsbremsungen keine weiteren Bauteile benötigt werden, aber andererseits in Bremssystemlayouts, die nicht für Rekuperationsbremsungen vorgesehen sind, keine unnötigen Komponenten vorhalten zu müssen um zu Bremssystemen für das gleiche Fahrzeug mit Rekuperation kompatibel zu sein.
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Diese Aufgabe wird bevorzugt dadurch gelöst, dass der Kolben des Aktuators im Betriebsbereitschafts-Modus nicht in einer Nullstellung „geparkt“ wird, sondern derart positioniert wird, dass der Kolben noch zurückfahren kann. Bei einer Rekuperationsbremsung verhindert vorteilhafterweise das ESC-Modul mit Hilfe der Radbremsdruckmodulationsventile, dass Druckmittel in die Radbremsen fließt bzw. vermindert bei einer Teilrekuperation das von den Radbremsen aufzunehmende Druckmittelvolumen. Dadurch, dass der Aktuator nun in der Lage ist, ein entsprechendes Druckmittelvolumen aufzunehmen, kann auch während Rekuperationsbremsungen die gewohnte Pedalcharakteristik aufrechterhalten werden.
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Ein herkömmlicher Vakuumbremskraftverstärker ist nicht elektronisch ansteuerbar. Daher wird in den damit ausgerüsteten Fahrzeugen bei Bedarf ein Bremsdruckaufbau für eine fahrerunabhängige Bremsung mit Hilfe der ABS-Pumpe durchgeführt. Diese Pumpe ist primär für das Rückfördern von Druckmittel im ABS Betrieb konfiguriert und nicht zum Durchführen einer Normalbremsung, die infolgedessen mit Druckpulsationen, Vibration und unzureichender Druckaufbaudynamik einhergeht. Zur Durchführung einer komfortablen automatisierten Bremsung musste hierfür in der Vergangenheit ein spezieller, aufwändiger und voluminöser „Aktivbooster“ eingesetzt werden. Dieser schleppt das Pedal bei einer „Aktivbremsung“ mit. Auf diese Weise erhält der Fahrer beim Betätigen des Bremspedals eine haptische Information über eine gleichzeitige Aktivbremsung. Ein solches Pedalverhalten hat aber auch zur Folge, dass der Fahrer beim zusätzlichen Einbremsen per Pedal in einen automatischen Bremsvorgang ein entsprechend vorgespanntes und damit „verhärtetes“ Pedal vorfindet.
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Dagegen ist in Bremssystemen mit Pedalentkopplung und Simulator das Pedalverhalten unabhängig von einer gleichzeitigen Aktivbremsung. Die vom Bremssystem umzusetzende Abbremsungsanforderung entspricht dem jeweils höheren Wert von Fahrerbremsanforderung und Assistenzbremsanforderung. Wenn dabei die Assistenzbremsanforderung höher ist, tritt der für den Fahrer unangenehme Effekt auf, dass die Pedalstellung nicht der tatsächlich ausgeführten Abbremsung entspricht.
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Daher stellt sich die Aufgabe, das Pedalverhalten bei überlagerten Fahrer-und Assistenzbremsungen als Kompromiss aus den beiden genannten Ansätzen zu gestalten, derart, dass der Fahrer bei nicht zu intensiven Assistenzbremsungen das Bremspedal in der gewohnten unbetätigten Position und mit dem gewohnten Ansprechverhalten vorfindet und dass bei intensiven Assistenzbremsungen das Bremspedal dem Fahrer durch eine entsprechende Bewegung haptisch signalisiert, dass gerade assistierend gebremst wird.
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Das Nachgeben des Pedals beim Betätigen während einer automatisierten Bremsung ist in der beschriebenen Bremsanlage dadurch realisiert, dass das Pedal bei kleinen Betätigungswegen durch einen Systemdruck nicht oder mit zumindest verminderter Kraft zurückgestellt wird. So kann der Fahrer in diesem Bereich den Pedalweg mit seinem Fuß einstellen und die Bremssystemelektronik kann über den Pedalweg den Fahrerbremswunsch erfassen
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Das Bremssystem eines Kraftfahrzeuges befindet sich beim Fahren überwiegend in einer Betriebsart, in der nicht gebremst wird. Der Beitrag des Energieverbrauchs in dieser Phase ist für eine Gesamtenergiebilanz erheblich. Daher ist es ungünstig, wenn wie in einigen elektrohydraulischen Simulator-Bremssystemen im Bereitschaftsmodus ein Elektromagnetventil (Simulatorventil) dauernd bestromt ist. Daher stellt sich die Aufgabe, eine neue Bremskreisdruckbereitstellungseinrichtung so zu gestalten, dass keine dauerbestromten Elektromagnetventile benötigt werden.
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Diese Minimierung des elektrischen Energieverbrauchs im Bereitschaftsmodus wird dadurch gelöst, dass kein während der Fahrt dauerbestromtes Simulatorventil benötigt wird.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass in einem elektrohydraulischen Bremssystem eine von einem Vakuumbremsverstärker gewohnte Pedalcharakteristik abgebildet wird. Weitere Vorteile sind oben beschrieben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur in schematisierter Darstellung ein Bremssystem in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Das in der FIG. dargestellte Bremssystem 2 weist vier hydraulisch betätigbare Radbremsen 8, 10, 12, 14 auf sowie Sensoren 16, 18, 20, 22 zur Erfassung der Drehbewegung der den Radbremsen 8, 10, 12, 14 zugeordneten Räder. Das Bremssystem 2 umfasst eine Hydraulikeinheit 30 bzw. ESC HCU, welche in bekannter Weise ausgebildet sein kann. Die Hydraulikeinheit 30 umfasst je Radbremse 8-14 ein Trennventil und ein Auslassventil. Das Bremssystem 2 umfasst weiterhin eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 34 zur Ansteuerung der Trenn- und Auslassventile. Die Steuer- und Regeleinheit 34 wendet bevorzugt Verfahren wie ESC, ABS, ASR, etc. an. Diese bewirken während eines entsprechenden Eingriffs eine gezielte Ansteuerung der Trenn- und Auslassventile zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke.
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Das Bremssystem 2 umfasst eine Antriebsstufe 40 und einen Hauptbremszylinder 41mit einem Antriebsstufen- und Hauptbremszylindergehäuse 42 mit einer Hauptbohrung, in der ein Antriebskolben und ein Primärkolben geführt sind bzw. ein als Hauptkolben 48 bezeichneter kombinierter Primär- und Antriebskolben geführt ist, der sowohl mechanisch mit Hilfe eines Bremspedals 44 über eine Koppelstange 46 als auch hydraulisch betätigbar, d. h. längs der Hauptbohrungsachse verschiebbar ist. Bei einer Verschiebung in Betätigungsrichtung taucht die Primärkolbenseite des Hauptkolbens 48 in eine Primärkammer 50 ein und verdrängt aus dieser Druckmittel in einen Primärkreis I bzw. in die zum Primärkreis gehörende Bremskreisleitung 80.
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Das Bremssystem 2 kann außerdem einen Sekundärkolben 58, eine Sekundärkammer 54 und einen Sekundärkreis II mit einer an die Sekundärkammer 54 angeschlossenen zweiten Bremskreisleitung 84 umfassen. Bei Betätigung des Bremspedals 44 fährt der Hauptkolben 48 in die Primärkammer 50 und verdrängt dabei Druckmittel aus der Primärkammer. Der dabei entstehende hydraulische Druck oder im Fehlerfall eines ausbleibenden Druckaufbaus im Primärkreis I ein mechanischer Kontakt zwischen Primär- und Sekundärkolben beaufschlagen den Sekundärkolben 58 mit einer Kraft, wodurch dieser in Betätigungsrichtung verschoben wird. Die Sekundärkammer 54 wird auf ihrer der Primärkammer 50 zugewandten Seite von dem schwimmend gelagerten Sekundärkolben 58 begrenzt, wodurch eine Verschiebung des Sekundärkolbens 58 in Betätigungsrichtung einen Druckaufbau der Sekundärkammer 54 und dem daran angeschlossenen Sekundärkreis II und der zum Sekundärkreis gehörenden Bremskreisleitung 84 bewirkt.
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Der Primärkreis I und damit die Primärkammer 50 ist über die Bremskreisleitung 80 und der Sekundärkreis II und damit die Sekundärkammer 54 ist über die Bremskreisleitung 84 mit der Hydraulikeinheit 30 verbunden. Innerhalb der Hydraulikeinheit 30 sind die beiden Bremskreise I, II strikt getrennt. Das heißt, dass zwischen den zum Primärkreis I zählenden (d. h. an die primäre Bremskreisleitung 80 angeschlossenen oder anschließbaren hydraulischen) Komponenten und den zum Sekundärkreis II (d. h. an die sekundäre Bremskreisleitung 84 angeschlossenen oder anschließbaren hydraulischen) Komponenten keine Möglichkeit zum Austausch von Druckmittel vorgesehen ist.
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Beispielgemäß sind die Radbremsen 8, 10 dem ersten Bremskreis I zugeordnet. Beispielsgemäß sind die Radbremsen 10, 12 dem sekundären zweiten Bremskreis II zugeordnet. Entsprechend der Fahrzeugkonfiguration mit achsweiser oder diagonaler Bremskreisaufteilung sind die einem der Bremskreise I, II zugeordneten Radbremsen einer Fahrzeugachse beziehungsweise einer Fahrzeugdiagonalen zugordnet.
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Das Bremssystem 2 weist einen hydraulischen Antriebskreis A auf der die Komponenten 66, 94, 90 umfasst, sowie eine Einrichtung 60 zur Breitstellung eines elektrisch steuerbaren Drucks in diesem hydraulischen Antriebskreis A, welche in der dargestellten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremssystems als eine von einem Linearaktuator angetriebene Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist. Alternativ kann die Einrichtung 60 zur Breitstellung eines elektrisch steuerbaren Antriebskreis-Drucks eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe und elektrisch angesteuerte Ventile umfassen. Weiter sind Druckbereitstellungseinrichtungen mit Pumpe, Druckspeicher und Ventilen möglich.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung 60 umfasst einen hydraulisch zum Antriebskreis A zählenden Druckraum 66, in den mittels eines Elektromotors 68 und eines daran gekoppelten Rotations-Translationsgetriebes 70, welches bevorzugt als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist, ein Druckkolben 74 verfahrbar ist. Ein bevorzugt redundant ausgebildeter Drucksensor misst den hydraulischen Druck im Antriebskreis A. Dazu ist er an eine beliebige Komponente 66, 94, 90 des Antriebskreises A angeschlossen.
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Die Antriebsstufe 40 weist eine hydraulisch zum Antriebskreis A zählende Antriebskammer 90 auf, in der der Antriebskreisdruck eine Kraft auf die Antriebsseite des Hauptkolbens 48 ausübt. Zwischen Antriebsstufe 40 und Hauptbremszylinder 41 weist das Antriebsstufen- und Hauptbremszylindergehäuse 42 im zentralen Bereich des kombinierten Primär- und Antriebskolbens 48, d. h. zwischen seiner Antriebskolbenseite und seiner Primärkolbenseite, eine ringförmige Kammer auf, die wie der Behälter atmosphärisch belüftet ist. Zweckmäßigerweise ist diese Kammer hierfür mit einer hydraulischen Verbindung 170 an den Behälter angeschlossen. Damit herrscht in dieser Kammer der gleiche hydraulische Druck wie im Behälter.
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Eine Nachsaugleitung 100 mit einer im Vergleich zu den hydraulischen Druckleitungen 80, 84 deutlich größeren Querschnittsfläche führt vom Druckmittelvorratsbehälter 102 in die Nähe des Druckraums 66. Dort ist zwischen der Nachsaugleitung 100 und dem Antriebskreis ein Rückschlagventil 108 angeordnet, welches ein Ansaugen von Druckmittel aus dem Behälter ermöglicht und einen Rückfluss von Druckmittel aus dem Antriebskreis A in den Druckmittelvorratsbehälter 102 verhindert.
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Ein solcher Volumenfluss von Druckmittel aus dem Antriebskreis A in den Druckmittelvorratsbehälter 102 ist nur in speziellen Betriebssituationen des Bremssystems notwendig. Daher ist ein analog ansteuerbares, stromlos geschlossenes elektrohydraulisches Abbauventil 176 vorgesehen, über das ein solcher Volumenstrom kontrolliert werden kann. In der Fig. ist das Abbauventil 176 bevorzugt parallel zum Rückschlagventil 108 dargestellt. Es gibt keine funktionale Notwendigkeit für diese Parallelschaltung. Sie bietet sich lediglich aus zeichentechnischen Gründen an. Die gleiche Funktion hätte beispielsweise ein Ventil zwischen dem Antriebsraum 90 und dem Raum, in dem sich die Feder 244 befindet.
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Beim Druckabbau kann es vorkommen, dass der Aktuator 70 schneller zurückfährt, als Druckmittel aus den Radbremsen 8-14 nachströmt. Dann saugt er über das Rückschlagventil 108 Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter 102 nach. Nach Ende der Bremsung kann das angesaugte Druckmittel bei gelöstem Bremspedal 44 über Ausgleichsverbindungen zwischen Hauptzylinderkammern und Behälter wieder abgelassen werden. Es kann allerdings auch vorkommen, dass sich während eines Bremsvorgangs die Druckmittelmenge im System kumuliert. In dieser Situation wird das Abbauventil 176 angesteuert. Bevorzugt ist es stromlos geschlossen ausgebildet und der bei Aktivierung durchgelassene Volumenstrom ist stufenlos steuerbar.
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Ein bevorzugt redundant ausgebildeter Drucksensor 114 misst den Druck im Primärkreis. Zwischen Antriebskreis A und Primärkreis I ist ein Zuschaltventil 120 angeordnet, welches im elektrisch unbestromten Zustand einen Fluss von Druckmittel aus dem Primärkreis I in den Antriebskreis A sperrt und in entgegengesetzter Richtung freigibt und im elektrisch bestromten Zustand den hydraulischen Fluss in beide Richtungen freigibt.
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Ein bevorzugt redundant ausgebildeter Drucksensor 130 misst den Druck im Sekundärkreis. Zwischen Antriebskreis A und Sekundärkreis II ist ein Zuschaltventil 136 angeordnet, welches im elektrisch unbestromten Zustand einen Fluss von Druckmittel aus dem Sekundärkreis II in den in den Antriebskreis A sperrt und in entgegengesetzter Richtung freigibt und im elektrisch bestromten Zustand den hydraulischen Fluss in beide Richtungen freigibt.
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Der Hauptbremszylinder 40 besitzt eine hydraulische Ausgleichsverbindung, über die bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 40 der Primärkreis I hydraulisch mit dem Behälter verbunden ist. Zusätzlich ist ein Elektromagnetventil 154 vorgesehen, mit dem diese Ausgleichsverbindung in Abströmrichtung zum Behälter unabhängig vom Betätigungszustand des Hauptbremszylinders gesperrt werden kann. In der zeichnerisch dargestellten Ausführung ist hierfür die Primärkammer 50 durch eine Ausgleichsleitung 150 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 102 verbunden. In der Ausgleichsleitung 150 ist ein stromlos offenes Sperrventil 154 angeordnet, welches im gesperrten Zustand ein Abfließen von Druckmittel aus der Primärkammer 50 in den Druckmittelvorratsbehälter 102 sperrt und in umgekehrter Richtung freigibt.
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Der Hauptbremszylinder 40 besitzt eine hydraulische Ausgleichsverbindung, über die bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 40 der Sekundärkreis II hydraulisch mit dem Behälter verbunden ist. Zusätzlich ist ein Elektromagnetventil 166 vorgesehen, mit dem diese Ausgleichsverbindung in Abströmrichtung zum Behälter unabhängig vom Betätigungszustand des Hauptbremszylinders gesperrt werden kann. In der zeichnerisch dargestellten Ausführung ist hierfür die Sekundärkammer 54 ist durch eine Ausgleichsleitung 160 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 102 verbunden. In der Ausgleichsleitung 160 ist ein stromlos offenes Sperrventil 166 angeordnet, welches im gesperrten Zustand ein Abfließen von Druckmittel aus der Sekundärkammer 54 in den Druckmittelvorratsbehälter 102 sperrt und in umgekehrter Richtung freigibt.
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Mit Hilfe der beiden Sperrventile 154, 166 ist es möglich, auch bei unbetätigtem Bremspedal 44 einen Druckaufbau in den Bremskreisen I und II zu erzielen, indem durch deren Aktivierung ein Abströmen von Druckmittel in den Druckmittelvorratsbehälter 102 verhindert wird. Mit aktivierten Sperrventilen 154, 166 kann Druckmittel, das über die Zuschaltventile 120, 126 aus dem Antriebskreis A in die Bremskreise I, II verschoben wird nicht zum Behälter abfließen, wodurch es zu dem beabsichtigten Druckaufbau in den Bremskreisen I, II kommt. Die druckbeaufschlagte Fläche des Antriebskolbens ist kleiner gleich der druckbeaufschlagten Fläche des Primärkolbens, so dass der auf beiden Seiten des Hauptkolbens 48 anliegende Druck nicht zu einer Bewegung dieses Kolbens führt.
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Auch bei einer pedalbetätigten Bremsung wird im Antriebskreis ein Druck aufgebaut. Dies hat zur Folge, dass dieser Antriebskreisdruck den Antriebskolben in Betätigungsrichtung beaufschlagt und so den Fahrer bei seiner Pedalbetätigung unterstützt. Im Normalfall werden dabei die Zuschaltventile 120, 126 geöffnet und der Druck wird über die Druckbereitstellungseinrichtung 60 entsprechend einer vorgegebenen Betätigungsweg-Druck-Kennlinie eingestellt bzw. eingeregelt.
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Das Bremssystem 2 ist dazu ausgebildet, bei einer Bremspedalbetätigung durch den Fahrer, diesem über die Pedalrückstellkraft den aktuellen Bremssystemdruck zu signalisieren. Es hat sich gezeigt, dass diese Funktion des Bremssystems für ein angenehmes Bremspedalverhalten abhängig vom Grad der Bremspedalbetätigung unterschiedlich gestaltet werden muss. Bei stärkeren Bremsungen mit größeren Pedalwegen soll der Zuwachs der Rückstellkraft proportional zum Zuwachs des Bremsdrucks sein, während für kleine Pedalwege eine pedalweggesteuerte Erhöhung des Bremsdruckes zu keinem oder nur zu einem kleinen Zuwachs der Pedalkraft führen soll. Um diese Funktion zu realisieren ist in der Antriebskammer 90 ein Wirkflächenvergrößerungskörper 200 angeordnet, welcher den Hauptkolben 48 bereichsweise umschließt. Der Wirkflächenvergrößerungskörper 200 weist einen Anschlag 204 für den Hauptkolben 48 auf, so dass dieser bei einer Bewegung des Wirkflächenvergrößerungskörpers 200 in Betätigungsrichtung mitgenommen wird. Angetrieben wird der Wirkflächenvergrößerungskörper 200 durch die Wirkung des Drucks im hydraulischen Antriebskreis A.
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Der Wirkflächenvergrößerungskörper 200 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Hülse bzw. hülsenförmig ausgebildet und wird von dem Hauptkolben 48 durchdrungen und besitzt eine ringförmige hydraulisch wirksame Fläche, die vom Druck in der Antriebskammer 90 beaufschlagt wird. Es sind andere Ausgestaltungen denkbar, solange seine unten beschriebene Funktionalität hinsichtlich der Umschaltung der hydraulischen Wirkfläche in der Antriebskammer 90 gegeben ist.
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Der Hauptkolben 48 ist sowohl mechanisch über das Bremspedal als auch hydraulisch über den Druck in der Antriebskammer 90 betätigbar. Die hydraulisch wirksame Fläche, die den Proportionalitätsfaktor zwischen Druck und Kraft darstellt, ist dabei nicht konstant sondern vom Weg des Hauptkolbens 48 abhängig vorgesehen. In einem ersten, an die unbetätigte Position anschließenden Abschnitt soll die Wirkfläche vergrößert sein, dann soll sich ein Übergangsabschnitt anschließen und daran ein Wegabschnitt mit nicht vergrößerter Wirkfläche. Zur Realisierung ist der Wirkflächenvergrößerungskörper 200 mit einer vom Druck in der Antriebskammer beaufschlagten Zusatzwirkfläche vorgesehen, welcher sich innerhalb des ersten Wegabschnitts nur am Hauptkolben 48 abstützt, in zweiten Wegabschnitt anteilig am Hauptkolben und am Gehäuse42 und im dritten Wegabschnitt ausschließlich am Gehäuse 42.
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Der hülsenförmig ausgebildete Wirkflächenvergrößerungskörper 200 weist eine ringförmige hydraulische Wirkfläche auf, welche vom Druck im Antriebskreis A, d. h. dem Aktuatordruck beaufschlagt wird und welche bei einer Verschiebung in Betätigungsrichtung den Hauptkolben 48 über einen ersten Anschlag zwischen Hülse und Hauptkolben 48 mechanisch mitnehmen kann. Relativ zu dem Gehäuse 42 ist die Hülse in einem ersten Wegintervall S1 in Betätigungsrichtung des Antriebskolbens 48 frei verschiebbar.
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Bei einem weiteren Verschieben komprimiert die Hülse in einem zweiten Wegintervall S2 eine sich an der Hülse und am Gehäuse 42 abstützende Feder 244, die beispielsweise als Tellerfeder oder als schraubenlinienförmige Druckfeder ausgebildet ist, so lange, bis eine weitere Bewegung der Hülse in Betätigungsrichtung durch einen zweiten Anschlag zwischen Hülse und Gehäuse 42 oder ein „auf Block setzen“ der Feder 244 blockiert wird.
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Dagegen ist eine Verschiebung des Hauptkolbens 48 in Betätigungsrichtung über alle drei Wegabschnitte mechanisch ungehindert möglich, ohne dass dazu eine Mitnahme der Hülse erforderlich wäre, wodurch nicht nur der Betrieb im dritten Wegabschnitt d. h. ohne Wirkflächenvergrößerung sondern auch eine unverstärkte Betriebsart des Bremssystems bei nicht funktionsfähiger Aktuatordruckbereitstellung, also ohne einen Aufbau von Antriebskreisdruck möglich ist.
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Im Normalbetrieb wird der Aktuatordruck mit Hilfe der Zuschaltventile 120, 136 auf die beiden Bremskreise I, II geschaltet. Mit Hilfe der Zuschaltventile 120, 136 können die Bremskreise I und II separat mit dem Antriebskreis A verbunden werden.
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Außerdem wirkt der Druck des Antriebskreises A in der Antriebskammer 90 auf die hydraulisch wirksame Ringfläche des Hauptkolbens 48 sowie auf die hydraulisch wirksame Ringfläche der Hülse. Dabei ist die Summe dieser beiden hydraulisch wirksamen Ringflächen etwas kleiner und maximal gleich der in die Primärkammer 50 eintauchenden Fläche des Primärkolbens bzw. Primärkolbenabschnitts des kombinierten Antriebs-und Primärkolbens ausgelegt. Dies hat zur Folge, dass bei hydraulisch verbundenem Primär- und Antriebskreis sich im Wegintervall S1 des Hauptkolbens 48 die hydraulischen Antriebs- und Rückstellkräfte im Wesentlichen neutralisieren. Eine Erhöhung des Drucks hat eine nur kleine oder bei gleich ausgelegten Flächen keine Erhöhung des hydraulisch bedingten Anteils der Pedalkraft zur Folge.
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Damit wird die Pedalkraft im Wegintervall S1 im Wesentlichen durch die mechanischen Pedalrückstellfedern bestimmt, die wie dargestellt bevorzugt innerhalb der Druckräume 50, 54 angeordnet sind. Zur Unterstützung dieser Federwirkung kann eine weitere außerhalb der Hydraulikräume angeordnete „trockene“ Feder vorgesehen sein.
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Im Wegintervall S3 stützt sich die Hülse nicht am Hauptkolben 48 sondern am Gehäuse 42 ab. Die Summe der hydraulischen Kräfte ergibt daher eine den Hauptkolben 48 proportional zum Bremssystemdruck entgegen der Betätigungsrichtung belastende Rückstellkraft. Im Intervall S2 bewirkt die mit fortschreitendem Kolbenweg zunehmende Federkraft einen Übergang von „keine Rückstellkraft“ an der Grenze zum Intervall S1 und voll ausgebildeter Rückstellkraft an der Grenze zum Intervall S3.
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Im Normalbetrieb sind Primärkreis I, Sekundärkreis II und Antriebskreis A hydraulisch zusammengeschaltet. Der gemeinsame Druck wird Bremssystemdruckgenannt und wird über die Druckbereitstellungseinrichtung 60 vorgegeben, wobei diese von einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit 260 geregelt wird. Daher kann der Bremssystemdruck als Funktion des Pedalwegs vorgegeben werden oder aber zwecks Darstellung anderer Funktionen wie beispielsweise einer automatisierten Bremsung oder einer Bremsassistentfunktion davon abweichend frei festgelegt werden.
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Bei der Durchführung einer pedalbetätigten Bremsung als Rekuperationsbremsung verhindern bevorzugt die Steuer- und Regeleinheit (34) und das Hydraulikmodul (30), dass ein Radbremsdruckaufbau verhindert wird. Dabei wird dem Fahrer ein Pedalverhalten bereitgestellt, wie es sich ohne Rekuperationsbremsung einstellen würde. Das bedeutet bevorzugt, dass das Verhältnis von Pedalweg zu Bremsmoment realisiert wird wie bei einer Normalbremsung. Um dies zu gewährleisten, tauchen die Boost-ECU bzw. die Steuer- und Regeleinheit 260, die die Druckbereitstellungseinrichtung 68 ansteuert und die ESC ECU bzw. Steuer- und Regeleinheit 34 zur Ansteuerung der Trenn- und Auslassventile über eine Kommunikationsverbindung 300 digitale Informationen aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011086916 A1 [0004]
